調制解調器的原理

解調器是調制式直流放大電路中的一個重要組成部分。它把已放大了的交流電壓還原為直流電壓，其大小和極性與交流電壓的幅度和相位要對應。
下圖是解調器的原理電路，RL為負載，C為濾波電容，其作用是使輸出直流電壓平滑，解調開關K與輸入交流信號，Ui具有相同的頻率。當Ui為正時，開關接通，輸出等于輸入電壓UO，經電容C的平滑作用后，應可得到平滑的直流電壓UO。相反，如果Ui為負時，開關接通，Ui為正時，開關斷開，則輸出端得到負的脈動直流電壓UO。

我們常說的Modem，其實是Modulator（調制器）與Demodulator（解調器）的簡稱，中文稱為調制解調器。也有人跟據Modem的諧音，親昵地稱之為“貓”。我們知道，計算機內的信息是由“0”和“1”組成數字信號，而在電話線上傳遞的卻只能是模擬電信號。于是，當兩臺計算機要通過電話線進行數據傳輸時，就需要一個設備負責數模的轉換。這個數模轉換器就是我們這里要討論的Modem。計算機在發送數據時，先由Modem把數字信號轉換為相應的模擬信號，這個過程稱為“調制”。經過調制的信號通過電話載波傳送到另一臺計算機之前，也要經由接收方的Modem負責把模擬信號還原為計算機能識別的數字信號，這個過程我們稱“解調”。正是通過這樣一個“調制”與“解調”的數模轉換過程，從而實現了兩臺計算機之間的遠程通訊。

一. Modem的類別

一般來說，根據Modem的形態和安裝方式，可以大致可以分為以下四類：

1、外置式Modem

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

2、內置式Modem

內置式Modem在安裝時需要拆開機箱，并且要對中斷和COM口進行設置，安裝較為繁瑣。這種Modem要占用主板上的擴展槽，但無需額外的電源與電纜，且價格比外置式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。配合移動電話，可方便地實現移動辦公。

4、機架式Modem

機架式Modem相當于把一組Modem集中于一個箱體或外殼里，并由統一的電源進行供電。機架式Modem主要用于Internet/Intranet、電信局、校園網、金融機構等網絡的中心機房。

除以上四種常見的Modem外，現在還有ISDN調制解調器和一種稱為Cable Modem的調制解調器，另外還有一種ADSL調制解調器。Cable Modem利用有線電視的電纜進行信號傳送，不但具有調制解調功能，還集路由器、集線器、橋接器于一身，理論傳輸速度更可達10Mbps以上。通過Cable Modem上網，每個用戶都有獨立的IP地址，相當于擁有了一條個人專線。目前，深圳有線電視臺天威網絡公司已推出這種基于有線電視網的Internet接入服務，接入速率為2Mbps-10Mbps！

二. Modem的傳輸模式

Modem最初只是用于數據傳輸。然而，隨著用戶需求的不斷增長以及廠商之間的激烈競爭，目前市場上越來越多的出現了一些“二合一”、“三合一”的Modem。這些Modem除了可以進行數據傳輸以外，還具有傳真和語音傳輸功能。

1、傳真模式（Fax Modem）

通過Modem進行傳真，除省下一臺專用傳真的費用外，好處還有很多：可以直接把計算機內的文件傳真到對方的計算機或傳真機，而無需先把文件打印出來；可以對接收到的傳真方便地進行保存或編輯；可以克服普通傳真機由于使用熱敏紙而造成字跡逐漸消退的問題；由于Modem使用了糾錯的技術，傳真質量比普通傳真機要好，尤其是對于圖形的傳真更是如此。目前的Fax Modem大多遵循V.29和V.17傳真協議。其中V.29支持9600bps傳真速率，而V.17則可支持14400bps的傳真速率。

2、語音模式（Voice Modem）

語音模式主要提供了電話錄音留言和全雙工免提通話功能，真正使電話與電腦融為一體。這里，我們主要討論的是一種新的語音傳輸模式—DSVD（Digital Simultaneous Voice and Data）。DSVD是由Hayes、Rockwell、U.s.Robotics、Intel等公司在1995年提出的一項語音傳輸標準，是現有的V.42糾錯協議的擴充。DSVD通過采用Digi Talk的數字式語音與數據同傳技術，使Modem可以在普通電話線上一邊進行數據傳輸一邊進行通話。

DSVD Modem保留了8K的帶寬（也有的Modem保留8.5K的帶寬）用于語音傳送，其余的帶寬則用于數據傳輸。語音在傳輸前會先進行壓縮，然后與需要傳送的數據綜合在一起，通過電話載波傳送到對方用戶。在接收端，Modem先把語音與數據分離開來，再把語音信號進行解壓和數/模轉換，從而實現的數據/語音的同傳。DSVD Modem在遠程教學、協同工作、網絡游戲等方面有著廣泛的應用前景。但在目前，由于DSVD Modem的價格比普通的Voice Modem要貴，而且要實現數據/語音同傳功能時，需要對方也使用DSVD Modem，從而在一定程度上阻礙了DSVD Modem的普及。

三. Modem的傳輸數率

Modem的傳輸速率，指的是Modem每秒鐘傳送的數據量大小。我們平常說的14.4K、28.8K、33.6K、56K等，指的就是Modem的傳輸速率。傳輸速率以bps（比特/秒）為單位。因此，一臺33.6K的Modem每秒鐘可以傳輸33600bit的數據。由于目前的Modem在傳輸時都對數據進行了壓縮，因此33.6K的Modem的數據吞吐量理論上可以達到115200bps，甚至230400bps。

Modem的傳輸速率，實際上是由Modem所支持的調制協議所決定的。我們平時在Modem的包裝盒或說明書上看到的V.32、V.32bis、V.34、V.34+、V.fc等等，指的就是Modem的所采用的調制協議。其中V.32是非同步/同步4800/9600bps全雙工標準協議；V.32bis是V.32的增強版，支持14400bps的傳輸速率；V.34是同步28800bps全雙工標準協議；而V.34+則為同步全雙工33600bps標準協議。以上標準都是由ITU（國際通訊聯盟）所制定，而V.fc則是由Rockwell提出的28800bps調制協議，但并未得到廣泛支持。

提到Modem的傳輸速率，就不能不提時下被炒得為熱的56K Modem。其實，56K的標準已提出多年，但由于長期以來一直存在以Rockwell為首的K56flex和以U.S.Robotics為首X2的兩種互不兼容的標準，使得56K Modem遲遲得不到普及。值得慶幸的是，今年2月，在國際電信聯盟的努力下，56K的標準終于統一為ITU V9.0，眾多的Modem生產廠商亦已紛紛出臺了升級措施，而真正支持V9.0的Modem亦已經遍地開花。56K有望在一到兩年內成為市場的主流。在這里要順便說一下的是，由于目前國內許多ISP并未提供56K的接入服務，因此在購買56K Modem前，最好先向你的服務商打聽清楚，以免造成浪費。

以上我們所講的傳輸速率，均是在理想狀況的得出的。而在實際使用過程中，Modem的速率往往不能達到標稱值。實際的傳輸速率主要取決于以下幾個因素：

1、電話線路的質量

因為調制后的信號是經由電話線進行傳送，如果電話線路質量不佳，Modem將會降低速率以保證準確率。為此，我們在連接Modem時，要盡量減少連線長度，多余的連線要剪去，切勿繞成一圈堆放。另外，最好不要使用分機，連線也應避免在電視機等干擾源上經過。

2、是否有足夠的帶寬

如果在同一時間上網的人數很多，就會造成線路的擁擠和阻塞，Modem的傳輸速率自然也會隨之下降。因此，ISP是否能供足夠的帶寬非常關鍵。另外，避免在繁忙時段上網也是一個解決方法。尤其是在下載文件時，在繁忙時段與非繁忙時段下載所費的時間會相差幾倍之多。

3、對方的Modem速率

Modem所支持的調制協議是向下兼容的，實際的連接速率取決于速率較低的一方。因此，如果對方的Modem是14.4K的，即使你用的是56K的Modem，也只能以14400bps的速率進行連接。

四. Modem的傳輸協議

Modem的傳輸協議包括調制協議（Modulation Protocols）、差錯控制協議（Error Control Protocols）、數據壓縮協議（Data Compression Protocols）和文件傳輸協議。調制協議我們在前面已經討論過，現在著重談一下其余的三種傳輸協議。

1、 差錯控制協議

隨著Modem的傳輸速率不斷提高，電話線路上的噪聲、電流的異常突變等，都會造成數據傳輸的出錯。差錯控制協議要解決的就是如何在高速傳輸中保證數據的準確率。目前的差錯控制協議存在著兩個工業標準：MNP4和V4.2。其中MNP（Microcom Network Protocols）是Microcom公司制定的傳輸協議，包括了MNP1—MNP10。由于商業原因，Microcom目前只公布了MNP1—MNP5，其中MNP4是目前被廣泛使用的差錯控制協議之一。而V4.2則是國際電信聯盟制定的MNP4改良版，它包含了MNP4和LAP-M兩種控制算法。因此，一個使用V4.2協議的Modem可以和一個只支持MNP4協議的Modem建立無差錯控制連接，而反之則不能。所以我們在購買Modem時，最好選擇支持V4.2協議的Modem。

另外，市面上某些廉價Modem卡為降低成本，并不具備硬糾錯功能，而是使用使用了軟件糾錯方式。大家在購買時要注意分清，不要為包裝盒上的“帶糾錯功能”等字眼所迷惑。

2、數據壓縮協議。

為了提高數據的傳輸量，縮短傳輸時間，現時大多數Modem在傳輸時都會先對數據進行壓縮。與差錯控制協議相似，數據壓縮協議也存在兩個工業標準：MNP5和V4.2bis。MNP5采用了Rnu-Length編碼和Huffman編碼兩種壓縮算法，最大壓縮比為2:1。而V4.2bis采用了Lempel-Ziv壓縮技術，最大壓縮比可達4:1。這就是為什么說V4.2bis比MNP5要快的原因。要注意的是，數據壓縮協議是建立在差錯控制協議的基礎上，MNP5需要MNP4的支持，V4.2bis也需要V4.2的支持。并且，雖然V4.2包含了MNP4，但V4.2bis卻不包含MNP5。

3、文件傳輸協議

文件傳輸是數據交換的主要形式。在進行文件傳輸時，為使文件能被正確識別和傳送，我們需要在兩臺計算機之間建立統一的傳輸協議。這個協議包括了文件的識別、傳送的起止時間、錯誤的判斷與糾正等內容。常見的傳輸協議有以下幾種：

ASCII：這是最快的傳輸協議，但只能傳送文本文件。

Xmodem：這種古老的傳輸協議速度較慢，但由于使用了CRC錯誤偵測方法，傳輸的準確率可高達99.6%。

Ymodem：這是Xmodem的改良版，使用了1024位區段傳送，速度比Xmodem要快。

Zmodem：Zmodem采用了串流式（streaming）傳輸方式，傳輸速度較快，而且還具有自動改變區段大小和斷點續傳、快速錯誤偵測等功能。這是目前最流行的文件傳輸協議。

除以上幾種外，還有Imodem、Jmodem、Bimodem、Kermit、Lynx等協議，由于沒有多數廠商支持，這里就略去不講。