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工業(yè)嵌入式MODEM的通信技術(shù)

(發(fā)布日期：2008-3-21 13:24:33) 來源：http://www.szmodem.com/news-id-55.asp

現(xiàn)今，市面上生產(chǎn)的各種嵌入式MODEM可通過公眾電話交換網(wǎng)絡(luò)（PSTN）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸功能，包括標(biāo)準(zhǔn)的串行和并行的接口，具有同步和異步的通信數(shù)據(jù)傳輸格式，支持多種MODEM標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議——V.92、V.90、V.34、V.32bis、V.22bis等，支持V.44、V.42、MNP等糾錯(cuò)協(xié)議和V.42bis、MNP5等數(shù)據(jù)壓縮協(xié)議。
一、通信技術(shù)
　　通信是指計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。因此，這里的“信”是一種信息，是由數(shù)字“1”和“0”構(gòu)成的具有一定規(guī)則并反映確定信息的一個(gè)數(shù)據(jù)或一批數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通信涉及兩臺(tái)設(shè)備之間進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的問題。常用的數(shù)據(jù)通信方式有并行通信和串行通信兩種。當(dāng)距離較近而且要求傳輸速率較高時(shí)，通常采用并行通信的方式。當(dāng)設(shè)備距離較遠(yuǎn)時(shí)，數(shù)據(jù)往往以串行方式傳輸。
（一）并行通信和串行通信
　　并行通信比較簡(jiǎn)單，可分為不同位數(shù)（寬度）的并行通信，如8位并行通信、16位并行通信等等。在并行數(shù)據(jù)傳輸中，8位并行通信有8個(gè)數(shù)據(jù)位同時(shí)從一個(gè)設(shè)備傳送到另一個(gè)設(shè)備，發(fā)送設(shè)備將8個(gè)數(shù)據(jù)位通過8條數(shù)據(jù)線傳送給接收設(shè)備。接收設(shè)備在收到這些數(shù)據(jù)后，不需經(jīng)過任何改變就可以直接使用。并行通信的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)的每位被同時(shí)傳輸出去或接收進(jìn)來。
　　串行通信其數(shù)據(jù)傳輸是逐位傳輸?shù)模蚨嗤瑮l件下，比并行通信傳輸速度要慢，但在實(shí)際應(yīng)用中往往選擇串行數(shù)據(jù)傳輸。因?yàn)榇型ㄐ虐l(fā)送或接收數(shù)據(jù)最多只需兩根導(dǎo)線，其一用于發(fā)送，另一用于接收。根據(jù)串行通信的不同工作方式，還可將發(fā)送接收線合二為一，成為發(fā)送/接收復(fù)用線（如半雙工）。實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠布哂薪?jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。
（二）串行數(shù)據(jù)傳輸方式
　　在串行數(shù)據(jù)傳輸中，每次由源地傳到目的地的數(shù)據(jù)只有一位，與同時(shí)傳輸好幾位數(shù)據(jù)的并行數(shù)據(jù)傳輸相比，串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斔俣纫炔⑿袀鬏斅Ｔ诖袛?shù)據(jù)傳輸中，各位逐次從源地送到目的地，這就要求在數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)目的地之間進(jìn)行同步，將各位、字符和報(bào)文區(qū)分開來。數(shù)據(jù)鏈路將控制實(shí)現(xiàn)兩站點(diǎn)間的同步，它要求位、字符或報(bào)文從一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送到另一個(gè)站點(diǎn)時(shí)要加上必要的附加信息，這些信息使得接收站和發(fā)送站中的硬件時(shí)鐘得以同步，從而保證由源地發(fā)送的信號(hào)被目的地正確地識(shí)別出來。串行數(shù)據(jù)通信有兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，即異步串行數(shù)據(jù)傳輸和同步串行數(shù)據(jù)傳輸。
　　異步通信：異步通信所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式（也稱為串行幀）由1個(gè)起始位，5、6、7或8個(gè)數(shù)據(jù)位，1、1.5、2個(gè)停止位和1個(gè)校驗(yàn)位組成。
　　起始位約定為0，空閑位約定為1。
　　異步通信的實(shí)質(zhì)是指甲乙通信雙方采用獨(dú)立的時(shí)鐘，每個(gè)數(shù)據(jù)均以起始位開始，停止位結(jié)束，起始位觸發(fā)A、B雙方同步時(shí)鐘。每個(gè)異步串行幀中的1位彼此嚴(yán)格同步，位周期相同。
　　異步通信依靠起始位、停止位保持通信同步，對(duì)硬件要求較低，實(shí)現(xiàn)起來比較簡(jiǎn)單、靈活。
　　同步通信：同步通信所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式（也稱為同步串幀）是由多個(gè)數(shù)據(jù)構(gòu)成的，每幀有兩個(gè)（或一個(gè)）同步字符作為起始位以觸發(fā)同步時(shí)鐘開始發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。空閑位需發(fā)送同步字符。
　　同步通信依靠同步字符保持通信同步。數(shù)據(jù)組內(nèi)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間不需要插入同步字符，沒有間隙，因而傳輸速度較快，但要求有準(zhǔn)確的時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙方的嚴(yán)格同步，對(duì)硬件要求較高，適用于傳送成批數(shù)據(jù)。
二、嵌入式MODEM的工作原理
　　MODEM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：頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK、DPSK）、幅度調(diào)制（PAM、QAM）、脈沖編碼調(diào)制（PCM）等。
　　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。
　　MODEM通電后，通常先進(jìn)入掛機(jī)方式，通過電話撥號(hào)撥通線路后進(jìn)入通話方式，最后通過MODEM的“握手”過程進(jìn)入聯(lián)機(jī)方式。
　　MODEM與計(jì)算機(jī)連接是數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備DCE（Data Circuit terminating Equipment）與數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE（Data Terminal Equipment）之間的接口問題。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)重要問題。
（一）DTE和DCE
　　DTE（Data Terminal Equipment，數(shù)據(jù)終端設(shè)備），是具有一定數(shù)據(jù)處理能力及發(fā)送和接收數(shù)據(jù)能力的設(shè)備。DTE可以是一臺(tái)計(jì)算機(jī)或終端，也可以是各種I/O設(shè)備。大多數(shù)數(shù)據(jù)處理終端設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸能力有限，如果將相距很遠(yuǎn)的兩個(gè)DTE設(shè)備直接連接起來，往往不能進(jìn)行通信，必須在DTE和傳輸線路之間加上一個(gè)稱為數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備（DCE，Data Circuit-terminal Equipment）的中間設(shè)備。DCE的作用就是在DTE和傳輸線路之間提供信號(hào)變換和編碼的功能，并且負(fù)責(zé)建立、保持和釋放數(shù)據(jù)鏈路的連接。典型的DCE是與模擬電話線路相聯(lián)接的MODEM。數(shù)字設(shè)備通過MODEM接入電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信是利用模擬信號(hào)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
（二）RS-232C串行口
　　嵌入式MODEM通常都是通過RS-232C串行口信號(hào)線與計(jì)算機(jī)連接。RS-232允許一個(gè)發(fā)送設(shè)備連接到一個(gè)接收設(shè)備以傳送資料；其原始規(guī)范的最大傳輸速度為20Kbps，但事實(shí)上，現(xiàn)在的應(yīng)用早已遠(yuǎn)超過這個(gè)速度范圍。RS-232可說是相當(dāng)簡(jiǎn)單的一種通信標(biāo)準(zhǔn)，若不使用硬件流控制，則最多只需利用三根信號(hào)線，便可做到全雙工的傳輸作業(yè)。
RS-232C串行口信號(hào)分為三類：傳送信號(hào)、聯(lián)絡(luò)信號(hào)和地線。
1.傳送信號(hào)：指TXD（發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)線）和RXD（接收數(shù)據(jù)信號(hào)線）。
2.聯(lián)絡(luò)信號(hào)：指RTS、CTS、DTR、DSR、DCD和RI六個(gè)信號(hào)，各自功能為：
RTS（請(qǐng)求傳送），是PC機(jī)向MODEM發(fā)出的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。
CTS（清除發(fā)送），是MODEM向PC機(jī)發(fā)出的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。
DTR（數(shù)據(jù)終端就緒），是PC機(jī)向MODEM發(fā)出的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。
DSR（數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒），是MODEM向PC機(jī)發(fā)出的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。它指出本地MODEM的工作狀態(tài)。
DCD（傳送檢測(cè)），是MODEM向PC機(jī)發(fā)出的狀態(tài)信號(hào)。
RI（振鈴指示），是MODEM向PC機(jī)發(fā)出的狀態(tài)信號(hào)。
3.地線信號(hào)（GND），為相連的主機(jī)和MODEM提供同一電勢(shì)參考點(diǎn)。
三、調(diào)制和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)
　　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）。
　　MODEM最基本的功能是調(diào)制和解調(diào)，近年來已發(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。
（一）標(biāo)準(zhǔn)MODEM協(xié)議
　　MODEM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）來衡量。
　　最早的MODEM1958年由AT&T公司推出的Bell103，它采用簡(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。
　　20世紀(jì)70年代AT&T的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)。
　　20世紀(jì)80年代中期CCITT V.22 bis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，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)。CCITT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.34標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)28800bps的最高速度，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。
　　V.90是ITU-T制定的一個(gè)56Kbps數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)。V.90使得MODEM能夠在PSTN上以高達(dá)56Kbps的速率接收數(shù)據(jù)。V.90連接技術(shù)使用一條雙向通道：上行通道和下行通道。V.90客戶端MODEM的下行（接收）通道可以達(dá)到更高的傳輸速度56K。V.90標(biāo)準(zhǔn)可支持33.6Kbps的上行速率。
（二）壓縮和糾錯(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)也在近年來被引入MODEM。糾錯(cuò)技術(shù)則

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