调制解调器

调制解调器(modem)是由调制器和解调器两部分组成，其中调制器将数据信息调制成适合传输信道传输的信号，而解调器则将接收的信号解调还原成数据信息。调制解调器属于数据通信设备中的数据电路设备DCE。

调制解调器是Modulator（调制器）与Demodulator（解调器）的简称，中文称为调制解调器（港台称之为数据机），根据Modem的谐音，亲昵地称之为“猫”，是一种能够实现通信所需的调制和解调功能的电子设备。一般由调制器和解调器组成。在发送端，将计算机串行口产生的数字信号调制成可以通过电话线传输的模拟信号；在接收端，调制解调器把输入计算机的模拟信号转换成相应的数字信号，送入计算机接口。在个人计算机中，调制解调器常被用来与别的计算机交换数据和程序，以及访问联机信息服务程序等。

所谓调制，就是把数字信号转换成电话线上传输的模拟信号；解调，即把模拟信号转换成数字信号。合称调制解调器。

调制解调器的英文是MODEM，它的作用是模拟信号和数字信号的“翻译员”。电子信号分两种，一种是"模拟信号"，一种是"数字信号"。我们使用的电话线路传输的是模拟信号，而PC机之间传输的是数字信号。所以当你想通过电话线把自己的电脑连入Internet时，就必须使用调制解调器来"翻译"两种不同的信号。连入Internet后，当PC机向Internet发送信息时，由于电话线传输的是模拟信号，所以必须要用调制解调器来把数字信号"翻译"成模拟信号，才能传送到Internet上，这个过程叫做"调制"。当PC机从Internet获取信息时，由于通过电话线从Internet传来的信息都是模拟信号，所以PC机想要看懂它们，还必须借助调制解调器这个“翻译”，这个过程叫作“解调”。总的来说就称为“调制解调”。

Modem起初是为1950年代的半自动地面防空警备系统（SAGE）研制，用来连接不同基地的终端，雷达站和指令控制中心到美国和加拿大的SAGE指挥中心。SAGE运行在专用线路上，但是当时两端使用的设备跟Modem根本不是一回事。IBM是SAGE系统中计算机和Modem的供货商。几年后美国航空(American Airlines)的首席执行官(CEO)与IBM一位区域经理的一次会晤促成了"mini-SAGE"这种航空自动订票系统。在这系统中，一个位于票务中心的终端连接在中心电脑上，用来管理机票有效性和时间。这个系统，叫做Sabre，是SABRE系统的早期原型。

1960年代早期，商业计算机的应用逐渐普及，以及上述技术成果，1958年AT&T发布了第一个商业化modem,Bell103.使用两个音调表示1和0的移频键控技术，103已经能够实现300bit/s的传输速度。很短时间后继版本Bell212就研制出来，转移到更稳定的移项键控技术把数据速率提高到1200bit/s。类似Bell201的系统用双向信号集在4对专用线路上实现了2400bit/s。

贺氏智能Modem是一个重大的进步，1981年贺氏通讯研制成功。智能Modem是一个简单的300bpsModem，使用的是Bell103信令标准，内置了一个小型控制器，可以让计算机发送命令来控制电话线，例如摘机，拨号，重拨，挂机等功能。

在智能Modem之前，几乎所有的Modem都需要两个步骤来产生一个连接：第一步，人工在电话机上拨叫对方的号码，然后将听筒放在Modem附带的acoustic coupler里，一个用两个橡胶杯组成的用来在声音信号和电信号之间转换的设备。使用智能Modem就不再需要acoustic coupler，而是直接将modem连接在标准电话线或插座上。然后电脑就能自动完成接通电话并拨叫号码的功能。这个改变极大的简化了bulletin board systems (BBS)的安装和使用。

到1980年代Modem的速率一直没有多大变化。美国一般使用一种与贝尔212类似的2400 bit/s的系统，而欧洲的系统稍有差别。到1980年代晚期大多数Modem都能支持当时所有的标准，2400bit/s逐渐普及。大量特定用途的标准也被加了进来，通常都是使用高速信道接受低速信道发送，典型的例子就是法国的Minitel 系统，用户终端大部分时间都在接受信息。Minitel终端的Modem用1200bit/s接受数据75 bit/s发送命令反馈给服务器。

一般人的语音频率范围是300—3400Hz，为了进行话音信号在普通的电话系统中传输，在线路上给它分配一定的带宽，国际标准取4KHz为一个标准话路所占用的频带宽度。在这个传输过程中：语音信号以300—3400Hz频率输入，发送方的电话机把这个语音信号转变成模拟信号，这个模拟信号经过一个频分多路复用器进行变化，使得线路上可以同时传输多路模拟信号，当到达接收端以后再经过一个解频的过程把它恢复到原来的频率范围的模拟信号，再由接收方电话机把模拟信号转换成声音信号。

计算机内的信息是由“0”和“1”组成数字信号，而在电话线上传递的却只能是模拟电信号。不采取任何措施利用模拟信道来传输数字信号必然会出现很大差错（失真），故在普通电话网上传输数据，就必须将数字信号变换到电话网原来设计时所要求的音频频谱内（即300Hz－3400Hz）。

调制就是用基带脉冲对载波波形某个参数进行控制，形成适合于线路传送的信号。

解调就是当已调制信号到达接收端时，将经过调制器变换过的模拟信号去掉载波恢复成原来的基带数字信号。

采用调制解调器也可以把音频信号转换成较高频率的信号和把较高频率的信号转换成音频信号。所以调制的另一目的是便于线路复用，以便提高线路利用率。基于载波信号的三个主要参数，可以把调制方式分为三种：调幅、调频和调相。

常见的调制解调器包括:电话调制解调器、电缆调制解调器、无线调制解调器等。

电话调制解调器是计算机与电话线之间进行信号转换的装置，其中的调制器是把计算机的数字信号(如文件等)调制成可在电话线上传输的声音信号的装置。在接收端，解调器再把声音信号转换成计算机能处理的数字信号，通过调制解调器和电话线就可以实现计算机之间的数据通信。

ADSL(非对称用户数字线)modem也是一种连接在电话线路上的调制解调器，和先前的电话调制解调器的主要区别在于，ADSL modem不止局限在普通电话使用的语音载波的频段，常见的ADSL modem使用编码正交频分进行信号调制。

电缆调制解调器是另一种调制解调器，它是利用有线电视双向同轴网络提供互联网相关应用服务的技术，电缆调制解调器使用的是射频(RF)电视频道的一段载波频段，多个线缆modems可以使用一条电视电缆的相同频段，通过低水平介质访问协议来实现在同一通道共同工作。典型的“上行”和“下行”信号用频分复用来隔离，它把用户要上传的上行数据以5~42MHz的频率以QPSK或16QAM的调制方式调制之后向上传送，传输速率从300Kb/s到10Mb/s。对于下行数据，解调的方式是64QAM或256QAM，传输速率可达40Mbps，电缆调制解调器现存主要标准为由美国有线电视运营公司成立的行业组织MCNS(多媒体线缆网络系统)起草的、被ITU批准的J112标准以及IEEE发布的IEEE802.14标准。

Modem最初只是用于数据传输。然而，随着用户需求的不断增长以及厂商之间的激烈竞争，市场上越来越多的出现了一些“二合一”、“三合一”的Modem。这些Modem除了可以进行数据传输以外，还具有传真和语音传输功能。

1.传真模式（Fax Modem）

通过Modem进行传真，除省下一台专用传真的费用外，好处还有很多：可以直接把计算机内的文件传真到对方的计算机或传真机，而无需先把文件打印出来；可以对接收到的传真方便地进行保存或编辑；可以克服普通传真机由于使用热敏纸而造成字迹逐渐消退的问题；由于Modem使用了纠错的技术，传真质量比普通传真机要好，尤其是对于图形的传真更是如此。Fax Modem大多遵循V.29和V.17传真协议。其中V.29支持9600bps传真速率，而V.17则可支持14400bps的传真速率。

2.语音模式（Voice Modem）

语音模式主要提供了电话录音留言和全双工免提通话功能，真正使电话与电脑融为一体。这里，主要是一种新的语音传输模式—DSVD（Digital Simultaneous Voice and Data）。DSVD是由Hayes、Rockwell、U.s.Robotics、Intel等公司在1995年提出的一项语音传输标准，是现有的V.42纠错协议的扩充。DSVD通过采用Digi Talk的数字式语音与数据同传技术，使Modem可以在普通电话线上一边进行数据传输一边进行通话。

DSVD Modem保留了8K的带宽（也有的Modem保留8.5K的带宽）用于语音传送，其余的带宽则用于数据传输。语音在传输前会先进行压缩，然后与需要传送的数据综合在一起，通过电话载波传送到对方用户。在接收端，Modem先把语音与数据分离开来，再把语音信号进行解压和数/模转换，从而实现的数据/语音的同传。DSVD Modem在远程教学、协同工作、网络游戏等方面有着广泛的应用前景。由于DSVD Modem的价格比普通的Voice Modem要贵，而且要实现数据/语音同传功能时，需要对方也使用DSVD Modem，从而在一定程度上阻碍了DSVD Modem的普及。

Modem的传输速率，指的是Modem每秒钟传送的数据量大小。通常所说的14.4K、28.8K、33.6K等，指的就是Modem的传输速率。传输速率以bps（比特/秒）为单位。因此，一台33.6K的Modem每秒钟可以传输33600bit的数据。Modem在传输时都对数据进行了压缩，因此33.6K的Modem的数据吞吐量理论上可以达到115200bps，甚至230400bps。

Modem的传输速率，实际上是由Modem所支持的调制协议所决定的。在Modem的包装盒或说明书上看到的V.32.V.32bis、V.34.V.34+、V.fc等等，指的就是Modem的所采用的调制协议。其中V.32是非同步/同步4800/9600bps全双工标准协议；V.32bis是V.32的增强版，支持14400bps的传输速率；V.34是同步28800bps全双工标准协议；而V.34+则为同步全双工33600bps标准协议。以上标准都是由ITU（国际通讯联盟）所制定，而V.fc则是由Rockwell提出的28800bps调制协议，但并未得到广泛支持。

提到Modem的传输速率，就不能不提时下被炒得为热的56K Modem。其实，56K的标准已提出多年，但由于长期以来一直存在以Rockwell为首的K56flex和以U.S.Robotics为首X2的两种互不兼容的标准，使得56K Modem迟迟得不到普及。1998年2月，在国际电信联盟的努力下，56K的标准终于统一为ITU V9.0，众多的Modem生产厂商亦已纷纷出台了升级措施，而真正支持V9.0的Modem亦已经遍地开花。56K有望在一到两年内成为市场的主流。由于国内许多ISP并未提供56K的接入服务，因此在购买56K Modem前，最好先向你的服务商打听清楚，以免造成浪费。

以上所讲的传输速率，均是在理想状况的得出的。而在实际使用过程中，Modem的速率往往不能达到标称值。实际的传输速率主要取决于以下几个因素：

1．电话线路的质量

因为调制后的信号是经由电话线进行传送，如果电话线路质量不佳，Modem将会降低速率以保证准确率。为此，在连接Modem时，要尽量减少连线长度，多余的连线要剪去，切勿绕成一圈堆放。另外，最好不要使用分机，连线也应避免在电视机等干扰源上经过。

2．是否有足够的带宽

如果在同一时间上网的人数很多，就会造成线路的拥挤和阻塞，Modem的传输速率自然也会随之下降。因此，ISP是否能供足够的带宽非常关键。另外，避免在繁忙时段上网也是一个解决方法。尤其是在下载文件时，在繁忙时段与非繁忙时段下载所费的时间会相差几倍之多。

3．对方的Modem速率

Modem所支持的调制协议是向下兼容的，实际的连接速率取决于速率较低的一方。因此，如果对方的Modem是14.4K的，即使用的是56K的Modem，也只能以14400bps的速率进行连接。

Modem的传输协议包括调制协议（Modulation Protocols）、差错控制协议（Error Control Protocols）、数据压缩协议（Data Compression Protocols）和文件传输协议。

随着Modem的传输速率不断提高，电话线路上的噪声、电流的异常突变等，都会造成数据传输的出错。差错控制协议要解决的就是如何在高速传输中保证数据的准确率。差错控制协议存在着两个工业标准：MNP4和V4.2。其中MNP（Microcom Network Protocols）是Microcom公司制定的传输协议，包括了MNP1—MNP10。由于商业原因，Microcom只公布了MNP1—MNP5，其中MNP4是被广泛使用的差错控制协议之一。而V4.2则是国际电信联盟制定的MNP4改良版，它包含了MNP4和LAP-M两种控制算法。因此，一个使用V4.2协议的Modem可以和一个只支持MNP4协议的Modem建立无差错控制连接，而反之则不能。所以在购买Modem时，最好选择支持V4.2协议的Modem。

另外，市面上某些廉价Modem卡为降低成本，并不具备硬纠错功能，而是使用使用了软件纠错方式。大家在购买时要注意分清，不要为包装盒上的“带纠错功能”等字眼所迷惑。

为了提高数据的传输量，缩短传输时间，现时大多数Modem在传输时都会先对数据进行压缩。与差错控制协议相似，数据压缩协议也存在两个工业标准：MNP5和V4.2bis。MNP5采用了Run-Length编码和Huffman编码两种压缩算法，最大压缩比为2:1。而V4.2bis采用了Lempel-Ziv压缩技术，最大压缩比可达4:1。这就是为什么说V4.2bis比MNP5要快的原因。要注意的是，数据压缩协议是建立在差错控制协议的基础上，MNP5需要MNP4的支持，V4.2bis也需要V4.2的支持。并且，虽然V4.2包含了MNP4，但V4.2bis却不包含MNP5。

文件传输是数据交换的主要形式。在进行文件传输时，为使文件能被正确识别和传送，需要在两台计算机之间建立统一的传输协议。这个协议包括了文件的识别、传送的起止时间、错误的判断与纠正等内容。常见的传输协议有以下几种：

ASCII：这是最快的传输协议，但只能传送文本文件。

Xmodem：这种古老的传输协议速度较慢，但由于使用了CRC错误侦测方法，传输的准确率可高达99.6%。

Ymodem：这是Xmodem的改良版，使用了1024位区段传送，速度比Xmodem要快。

Zmodem：Zmodem采用了串流式（streaming）传输方式，传输速度较快，而且还具有自动改变区段大小和断点续传、快速错误侦测等功能。这是最流行的文件传输协议。

除以上几种外，还有Imodem、Jmodem、Bimodem、Kermit、Lynx等协议。

Modem的安装过程可以分为硬件安装与软件安装两步。

1.外置式Modem的安装：

第一步：连接电话线。把电话线的RJ11插头插入Modem的Line接口，再用电话线把Modem的Phone接口与电话机连接。

第二步：关闭计算机电源，将Modem所配的电缆的一端（25针阳头端）与Modem连接，另一端（9针或者25针插头）与主机上的COM口连接。

第三步：将电源变压器与Modem的POWER或AC接口连接。接通电源后，Modem的MR指示灯应长亮。如果MR灯不亮或不停闪烁，则表示未正确安装或Modem自身故障。对于带语音功能的Modem，还应把Modem的SPK接口与声卡上的Line In接口连接，当然也可直接与耳机等输出设备连接。

另外，Modem的MIC接口用于连接驻极体麦克风，但最好还是把麦克风连接到声卡上。

2.内置式Modem的安装：

第一步：根据说明书的指示，设置好有关的跳线。由于COM1与COM3、COM2与COM4共用一个中断，因此通常可设置为COM3/IRQ4或COM4/IRQ3。

第二步：关闭计算机电源并打开机箱，将Modem卡插入主板上任一空置的扩展槽。

第三步：连接电话线。把电话线的RJ11插头插入Modem卡上的Line接口，再用电话线把Modem卡上的Phone接口与电话机连接。此时拿起电话机，应能正常拨打电话。

当硬件安装完成后，打开计算机，外置式Modem还应打开Modem的开关。对于大多数Modem，Windows 98会报告“找到新的硬件设备”，此时只需选择“硬件厂商提供驱动程序”，并插入Modem的安装盘即可。如果Windows 98启动后未能侦测到Modem，也可以按以下步骤完成安装：

第一步：进入Windows 95的“控制面板”，双击“调制解调器”图标，并在属性窗口中单击“添加”按钮

第二步：选中“不检测调制解调器，而将从清单中选定一个”，然后单击“下一步”

第三步：在Modem列表中选择相应的厂商与型号，然后单击“下一步”。或者插入Modem的安装盘后，选择“从磁盘安装”即可。要证明Modem是否安装成功，可使用Windows 98附件中的电话拨号程序随便拨打一个电话，如果成功的话，说明Modem已被正确安装。对于上网用户，还需要安装拨号网络和协议。

附Modem指示灯含义：

POWER：电源指示灯

DSL(ADSL-LINK)：信号灯，开启后急速闪耀，然后常亮绿色。工作状态下，常亮以外情况均属不正常

ADSL-ACT：信号数据灯，有数据传输时闪耀，无时常暗

ETH(ETHNET)(LAN-LINK)：局域网灯，开启后常亮红色，表示你的网卡和modem之间连接正常，否则请检查你的网卡和网卡线（较粗的那根）

LAN-ACT：局域网数据灯，有数据传输时闪耀，无时常暗

MR：Modem已准备就绪，并成功通过自检。

TR：终端准备就绪。

SD：Modem正在发出数据。

RD：Modem正在接收数据。

OH：摘机指示，Modem正占用电话线。

CD：载波检测，Modem与对方连接成功。

RI：Modem处于自动应答状态。某些Modem用AA表示。

HS：高速指示，速率大于9600。

PS: 若modem上所有灯常亮，连接不上宽带，请关闭modem电源后过会再试，并延长间隔时间，若以上方法试后，仍所有灯常亮，请联系当地电信部门报告modem问题

Modem的芯片就好像处理器的品牌一样有不同厂家的产品，其中占有量最大的是ROCKWELL芯片，它占全球市场份额的70%左右，地位和处理器市场上的Intel差不多，国内大多数外置Modem产品采用的都是ROCKWELL芯片。其次是TI芯片，著名的USR“大黑猫”就用TI芯片。除此以外，还有Curiss Logic的产品，不过使用这种芯片的外置Modem比较少。总的来看，采用ROCKWELL芯片的Modem的性能和稳定性都比采用其他芯片的Modem要好，但USR的“大黑猫”是个特例。在国际市场上TI芯片的交易价格要比ROCKWELL芯片低一些。

通常将通信协议称为“数据传输标准”。通用的56Kbps数据传输标准就是ITU指定的V.90协议，它允许调制解调器能够在标准的电话交换网上实现56Kps的数据传输率。Modem的协议，都是装载在BIOS中的，所以通过刷新BIOS中的内容能实现有限的升级。

在网络通信时，数据是以数据包的形式发送的，因为信号衰减以及线路质量欠佳，或者受到干扰等问题，经常会有传输中数据包丢失或受损的现象。纠错协议的作用就是侦测收到的数据包是否有错误，一旦发现错误，纠错协议将努力重新获得正确的数据包或通过算法来尝试修复受损的数据包。常见的纠错协议有V.42和MNP系列。V.42是ITU-T（国际通讯联盟）推出的纠错协议，它的作用是一旦发送端发送的数据包丢失，接收方能立即要求对方重新发送该数据包。MNP则是微软公司提出的一系列协议，分MNP1--MNP10一共10个级别，级别越高功能就越强，并且能够向下兼容，MNP的作用是一旦V.42未能完成申请出错数据包重新发送的任务，它将尝试纠错。这两种纠错协议都是Modem普遍支持的。V.42协议还另外负担数据压缩的任务。

(AT Commands)

由Hayes公司发明，已成为事实上的标准并被所有调制解调器制造商采用的一个调制解调器命令语言。每条命令以字母“AT”开头，因而得名。AT后跟字母和数字表明具体的功能，例如“ATDT”是拨号命令，其它命令有“初始化调制解调器”、“控制扬声器音量”、"规定调制解调器启动应答的振铃次数“、”选择错误校正的格式"等等，不同牌号调制解调器的AT命令并不完全相同，请仔细阅读MODEM用户手册，以便正确使用AT命令。

(Baud Rate)

模拟线路信号的速率，也称调制速率，以波形每秒的振荡数来衡量。如果数据不压缩，波特率等于每秒钟传输的数据位数，如果数据进行了压缩，那么每秒钟传输的数据位数通常大于调制速率，使得交换使用波特和比特/秒偶尔会产生错误。

“Data Communication Equipment(数据通信设备)"的首字母缩略词。DCE提供建立、保持和终止联接的功能，调制解调器就是一种DCE。

“Data Terminal Equipment(数据终端设备)"的首字母缩略词。DTE提供或接收数据。联接到调制解调器上的计算机就是一种DTE。

线路速率(Line Rate)

又称DCE速率，单位是bit/s(bps)。指的是连结两个调制解调器之间的电话线(或专线)上数据的传输速率。常见速率有56000bps、334bps、28800bps等等。

端口速率(Port Rate)

又称DTE速率或最大吞吐量。指的是计算机串口到调制解调器的传输速率。由于现今调制解调器几乎都支持该速率的V.42bis和MNP5压缩标准(压缩比都是4:1)，所以这一速率一般比线路速率高得多。

专线/拨号

专线指的是普通的两根无源(或有源)电线。在专线上拨号没有拨号音，因而需专门硬件支持。拨号线就是普通电话线，通过电话系统拨号。常见的调制解调器都支持拨号线，而不一定支持专线。

远程设置(Remote Setup)

指本地调制解调器与远方调制解调器连通后，远方使用者能对本地调制解调器的参数进行设置。

数据位和流量控制

Modem在传输数据时，每传送一组数据，在数据包中都要含有相应的控制数据，不同的通讯环境下都有不同的数据位和结束位标准。流量控制是用于协调Modem与计算机之间的数据流传输的，它可以防止因为计算机和Modem之间通信处理速度的不匹配而引起的数据丢失。流量控制分硬件流量控制（RTS/CTS）和软件流量（XON/XOFF）控制两种形式。

数据/语音同传（SVD）

所谓数据/语音同传，就是在MODEM进行数据通讯的同时还可以利用普通电话机通话。根据具体实现方式的不同，数据/语音同传有模拟数据/语音同传（ASVD：Analog Simultaneous Voice and Data）和数字数据/语音同传（DSVD：Digital Simultaneous Voice and Data）两种。