MODEM 简介 BITLAND

MODEM 简介

BITLAND

内容

一、 MODEM 分类

二、 PCI MODEM 的工作原理

三、功能及协议

四、故障现象及分析、 LAYOUT 注意事项

一、 MODEM 分类

速度• 窄带 : 普通的 56K 或以下的

MODEM

• 宽带： ISDN 、 ADSL MODEM 、 CABLE MODEM 等

• RS-232C

• ISA

• PCI

• USB

• PCMCIA

接口形式

• SOFT MODEM

• HARD MODEM

占用系统资源 (PCI)

二、 PCI MODEM 的工作原理

PCI MODEM 工作原理


在传统 MODEM 的内部，有两个独立的功能模块。

一个是负责模拟 / 数字信号处理的信号处理模块，负责 MODEM 的底层算法。

另一块是用于数据流控制的控制模块 , 负责 MODEM 的指令控制。


MODEM 的控制模块负责提供 MODEM 必需的通讯协议、差错控制、维持连接以及数据压缩等功能 :

HARD MODEM ：固化到了 MODEM 上的控制芯片中。

SOFT MODEM ：利用现在 CPU 强大的运算能力，用软件来接替原来 MODEM 控制模块的功能。


HARD MODEM 的特点：

如果 Modem 的信号处理模块和控制模块全部在 Modem 卡上实现，这种 Modem 卡便是通常意义上的“硬猫”。它最主要的特点是不使用计算机处理器的资源，可以在 DOS 下使用。


SOFT MODEM 的特点：

省掉 MODEM 的控制芯片及相关电路

更高效地利用系统资源

由于减少了 MODEM 上电子元件 , 所以“软” MODEM 的好处是节约能源和减少发热量（这一点对便携式电脑来说很重要）。


　 SOFT MODEM 的特点：

一般“软猫”都是 PCI 接口的，主要是考虑 PCI 总线速度较快，可以方便地使用计算机主机的资源。当然 " 软猫 " 并不意味着低性能，它只是将压缩和解压缩等工作交给了 CPU 来完成 ,需占用一定的系统资源。而最大的问题是在 DOS下不能使用 " 软猫 " 。


半软半硬的 Modem ：

这类 Modem 没有控制模块，却具有数据数据处理模块，复杂数据算法在卡上实现，简单的控制命令交给计算机处理。这样既可少占用主机资源，又可节省硬件成本，是一种折衷方案。


三、功能及协议

MODEM 的功能

通讯功能

传真功能

同步存取模式 ( 影像视讯用 )

语音功能

通讯功能及所使用的协议

传输协议：

· ITU-T V.92· V.90(56,000bps), K56Flex(56,000bps), · V.34(33,600bps), · V.32bis(14,400bps), · V.32 (9600/4800bps), · V.22bis (2400bps), · V.22, V.21(300bps), · V.23(1200bps/75bps)

· Bell 212A(1200bps), 103(300bps)

纠错协议：

· V.42 纠错协议，以 LAPM 协议为主，并提供与MNP2-4 的相容性 · MNP2-4 由 Microcom 所定义的纠错协议



压缩协议（ Data Compression ）：

· V.42bis 四倍压缩技术，使用 BTLZ(British Telecom LempelZiv) 及配合 Dynamic String Dictionary,碰到数据越压越大的情况时，就会自动放弃压缩 · MNP5 二倍压缩技术，由 Microcom 所定义的数据压协议

· V.44 压缩技术


文件传输

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，我们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。　　


常见的传输协议有以下几种：　　 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。这是目前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，但多数厂商并不支持。

传真功能

· ITU-T V.17(14400bps)

·V.29(9600/7200/4800bps)

·V.27ter(4800/2400bps), V.21(300bps)

·EIA/TIA 578 Class 1 and T.31 Class 1.0

同步存取模式 ( 影像视讯用)

·ITU-T V.80

语音功能

· 个人语音信箱

· 电话答录

· Speakerphone

· AudioSpan (ASVD)

· DSVD(选用 )

· 所谓 ASVD即是模拟式语音数据同传功能。而 DSVD 是指数据式语音数据同传功能。 SVD 是泛指语音数据同传功能，除非特别注明，都是指 ASVD 。

·ASVD 是通过线路带宽划分来实现语音 / 数据同时传输的。也就是一部分线路带宽（以 33.6K Modem 为例，该带宽为 14 ～ 16KHz) 固定传输数据，余下的另一部分线路带宽（ 17.6 ～ 19.6KHz ）固定传输模拟语音信号。其优点是利用 EPROM或 Flash ROM 的剩余空间通过软件实现，不增加生产成本，售价较廉。缺点是传输语音的带宽在无语音时空闲，造成带宽浪费，数据传输效率下降，且语音效果欠佳。

ASVD

· 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 DigiTalk 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

· DSVD 是通过在 MODEM 内增加了一块专门的协处理器芯片，将语音信号转成数字信号并压缩打包后，从一个 9600Kbps 的动态带宽上进行传输，在没有语音信号的时候，这部分带宽将自动调整为传输数据。其优点是解决了 ASVD 的带宽浪费问题，语音质量较佳，但售价也比较高。　　·ASVD 和 DSVD 的兼容性问题是存在的，即需要ASVD 对 ASVD 机型， DSVD 对 DSVD 机型方可实现相应的语音数据同传功能。

DSVD

V.90 技术简介

简介

调制解调器发明于本世纪 40年代，它为后来互联网的出现和发展奠定了物理基础。随着网络传输的要求不断提高， Modem 的技术也在迅速发展，传输速度达到 33600bps ，模拟的电话线路的物理数据传输潜力已被人们挖掘殆尽，从此人们开始在软件也就是所谓的传输协议方面寻找突破口。

V.90 简介

简介

1996年秋，美国的三大通讯公司 Rockwell （即 Conexant公司）、 Lucent 和 U.S.Robotics （ 1997年被 3Com公司收购）分别提出了自己的专用 56K Modem 的新规范。其中 Rockwell公司和朗讯公司联合设计了 K56Flex规范，而 U.S.Robotics 提出了对应的 X2标准，两者互不兼容。

V.90 简介

简介

1998年 2月， ITU 将 X2 和 K56Flex 两个协议揉合在一起，正式推出了 56K标准—— V.90标准。

V.90借助于多数 Internet 和联机服务提供商业已使用的到 PSTN 的数字连接能力，克服了在传统模拟调制解调器上的理论速度极限。

V.90 简介

简介

由于是软规范方面的改良， 56K V.90标准的数据上传速率仍然是 33.6Kbps ，而下载速率依各地 ISP 的实际情况大多维持在 48 到 52Kbps之间，实际上是不可能达到理想的 56K 的极限速率的。

通过使用如 V.42bis 这样的压缩方案， V.90还能进一步提高数据吞吐能力。

V.90 简介

V.90 简介

限制 MODEM 速率的因素

V.90 传输标准的制定，使得MODEM 能够在标准公用电话交换网 (PSTN) 上可以 56Kbps 的速率接收数据。

但同时还有很多的因素制约了 MODEM 的速率。

PSTN 对话音的优化妨碍了数据通讯

PSTN 是为话音通信而设计的。通过人为地把声音频谱限制在人类话音的频率范围内，这样可以降低每个呼叫所需的带宽，从而可以增加可能的同时通话的数目。尽管这种方法对话音卓有成效，但它对数据通讯增加了限制。

V.90 简介

V.90 简介

由模拟信号量化所带来的噪声

为了能够在 PSTN 上传送，模拟信息必须被转换成二进制数据。传送的模拟波形以 8000次 /秒的频率采样，每次采样时其幅度被记录一个 PCM(Pulse Code Modulation) 码。采样系统使用 256 个离散的 8位 PCM码。由于模拟波形是连续的，而二进制数据是离散的，所以经过 PSTN 传送并在另一端重建的数字信号只是原始模拟波形的近似。原始波形与重建量化波形之间的差别就称为量化噪声，它限制了Modem 的速度。

量化噪声的影响

由于量化噪声的存在，把通信信道的通信速率限制在 35kbps 以内。但是量化噪声只影响模 - 数转换部分，并不影响数 - 模转换。

这正是 V.90 技术关键所在：如果 V.90服务器端 Modem 与 PSTN间没有模 - 数转换，同时如果这个数字式发送器只使用电话网中数字部分可用的 255个离散信号电平，则这个数字信号将精确地到达客户端Modem 的接收器，没有任何信息在转换过程中丢失。

V.90 简介

V.90Modem 连接

一般来讲，电话网络中唯一的模拟部分是电话公司的电话总局连接到每家用户的那部分电话线。

在握手序列中， V.90Modem 对线路进行检测以确定下行通道中是否存在模 - 数转换。如果 V.90 Modem检测到存在模 - 数转换，它就以 V.34 方式进行连接。当远端 Modem 不支持 V.90 协议时，V.90 模拟 Modem也尝试建立一个 V.34 连接。

V.90 简介

建立 V.34 连接

V.34Modem 是为端 - 到 -端都是模拟连接而优化的，虽然网络中的大部分线路都是数字的， V.34Modem仍然将整个网络当作模拟线路来对待。 V.34modem 是非常可靠的，但当连接的一端是全数字化时它并不能够最充分地利用可用的带宽。 V.34在设计时就假设连接的两端都受到由模数转换器 (ADC) 带来的量化噪声的影响。

V.90 简介

信噪比 (SNR) 的影响

信噪比即为信号功率与噪声功率之比，它是衡量链路性能的一个指标。此值越高，就说明链路越干净，能够在其上传输的数据越多。即使在最佳条件下，当一个信号经过模 - 数转换时，信噪比至多也只有 38-39dB ，从而使得 V.34 的实际速度限制在 33.6Kbps 以内。

V.90 简介

V.90Modem 连接

V.90 Modem 的任务就是鉴别 256 个可能的电压值，并将其还原为 8000PCM码 /秒。如果它真的能够做到这一点，则下载速度将接近 64Kbps(8,000*8bits/code) 。

但事实证明仍存有几个问题使传输速度稍微降低。

V.90 简介

影响MODEM 的速率的因素

首先，即使消除了网络的量化噪声背景，网络 DAC设备和线路回路仍会给客户端设备带来一个速度更慢的噪声背景。这个噪声是由各种非线性失真和线路串扰引起的。

V.90 简介


其次，网络数模转换器 (DAC) 并不是线性转换器，而是按照某种转换规则 ( 在北美是 U律，其它许多地区是 A律 ) 工作。结果就是，标识小电压的网络 PCM码将产生很小的 DAC 输出电压台阶，而标识大电压的网络 PCM码将产生很大的 DAC 输出电压台阶。

V.90 简介


这两个问题使得 256 个离散 PCM码无法全部被利用，因为此时接近于零的各个 DAC 输出电压太过接近，使得在噪音回路中不能精确地表示它们所代表的数据。 ( 注意：每个网络 PCM码对应一个DAC 电压级别 ) 。所以， V.90编码器选用 256 个代码的不同子集，以消除最易受噪音干扰的 DAC输出信号。例如，最可靠的 128级电压被用于 56K速率； 92级电压被用于 52K 速率，等等。使用较少的电压能提供更可靠的操作，但代价是传输速率更低。

V.90 简介

V.90 的连接需要满足如下条件：一、一端是数字线路连接

V.90 连接的一端必须是数字线路，即 "干线 "端通道化的 T1 ， ISDNPRI/BRI 线路。

V.90 简介

V.90 的连接需要满足如下条件：

二、两端都支持 V.90 协议

连接的两端，即客户端的模拟 Modem 和主机端的远程接入服务器或 ModemPool ，都必须支持 V.90标准。

V.90 简介

V.90 的连接需要满足如下条件：

三、只进行一次模 - 数转换

在 V.90 模拟 modem 和 V.90 数字 modem间呼叫通路所涉及的电话网中，只能有一次模 - 数转换。

V.90 简介

几个问题的解答

V.90 简介

为什么 56k MODEM 不能达到 56kbps？

过去的 33600 Modem 通讯速率，实际上均可以连到 33600 bps 。但对于 56K MODEM ， 56K 只是一个理想值，一般的极限约在 50000 bps 上下左右。有的可能可到 52000 bps ，如果线路品质太差加上其他一些因素，就只能连到 36000 bps 。

这是由于 FCC( 美国联邦通信委员会 )Rules 的限制。因为 FCC 认为，更强的信号会影响邻近电话线，产生串音。

V.90 简介

V.90 简介

为什么连接速率显示是 115200bps呢？　这是因为 Modem 用的是不同的驱动程序，而显示的速率 DCE 速率和 DTE 速率。

DCE 速率指的是 Modem 在电话线上传输二进制信息可以实现的最高速率， DCE 速率与 Modem所用的协议有关，例如支持 v.34bis 协议的 Modem最高速率可达 33600bps 。 DTE 速率指的是 Modem 与计算机之间进行数据通讯时的速率。 DTE 速率一般都大于 DCE 速率，这是在 Modem 中采用了压缩技术的缘故。

V.90 简介

什么是流控？　计算机与 MODEM之间的流控 ( Flow control)用于协调二者之间的发送和接收数据的速度。计算机的接收速度跟不上 MODEM 传送过来的数据流速度时，计算机可以向 MODEM 发出某种信号，要求 MODEM暂停向计算机发送数据，直到计算机具备处理数据能力时，再向 MODEM 发出解除暂停的信号，恢复数据传输。这个过程叫做计算机对 MODEM 的流控，相反， MODEM跟不上计算机的速度时，也可发停信号，这是 MODEM对计算机的流控。

V.90 简介

硬件流控与软件流控的区别？　硬件流控与软件流控都是采用流量控制的原理进行工作，只是采用的信号不同而已。硬件流控时，计算机通过置 RTS 信号为低来停止MODEM 的传输，置为高时恢复传输；MODEM 通过置 CTS 为低来暂停计算机的发送，置为高时恢复发送。

V.90 简介

硬件流控与软件流控的区别？　软件流控不使用 RTS 和 CTS 信号，而是靠发送特殊的字符 XOFF 来停止对方的发送，发送 XON 来恢复对方的发送，计算机接收时，流控信号 XON/XOFF 字符从 TD 线发至 MODEM ；当MODEM 接收时， XON/XOFF 字符从 RD 线发至计算机。软件流控不适合于用来传输二进制文件，因为它会把文件中的数据误认为是流控信号。一般情况下，应采用硬件流控。

MODEM 的 ID 号是怎样区分的？

MODEM 的 ID 分 4组，分别如下：

Device ID ： 16-bit ，用来标识不同的设备

Vendor ID ： 16-bit ，用来标识不同的芯片供应商

Subsystem ID ： 16-bit ，用来标识不同制造商的设备

Subsystem Vendor ID ： 16-bit ，用来标识不同制造商

现以 BF1648 的 ID 说明如下：

VEV-11C1&DEV-044E&SUBSYS-044011C1&REV-02 　

V.90 简介

由 Microcom 公司发展 MNP 系列 , 共 10 级 , 只对外公布 1 ～ 5 级 , 常见的是 MNP5.

MNP1 : 规范 " 半双工 ,非同步 , 字元导向 " 资料传输方式 .MNP2 : 同上 .MNP3 : " 全双工 , 同步 ,位元导向 " 之传输方式MNP4 : 利用 APA,DPO 两种方式 , 使传输效率提高至 120%MNP5 : 利用压缩方式 , 效率提高至 200%MNP6 : 半双工协定 , 可自动模拟全双工MNP7 : 压缩方式 , 效率至 300%MNP8 : 已不用MNP9 : 减少管理协定时间MNP10 : 线路很差的情形下 ,仍可通讯

另外 , CCITT 也发表了一系列的规格 , 常见的是 :

CCITT v.42 : 资料传输及错误处理修正方法CCITT v.42bis: 资料压缩理想可达 400%

由於 v.42 可与 MNP2～ MNP4 相容 ( 纠错处理协定相容 ), 但 v.42bis 和 MNP5 不相容 ( 资料压缩不相容), 成了两派不同的协定 , 仔细相比较之下 , MNP5 可提高传输效率至 200%, v.42bis 则可以理想达到 400%, 且若碰到压缩档 , 压缩低於 100% 时 , v.42bis 将自动关闭率压缩功能 , 而 MNP5 却不会。一般厂商做 MODEM 时 , 会把 v.42bis 和 MNP5 都设计进去。不过 ,现在压缩程式越来越强 , 所以使用这些硬体压缩的地方,也越来越少了 , 除非传文字档。

软体压缩及错误处理技术

V.92 技术简介

与目前 56k Modem 的主流规格 V.90 相比，新规格增加了几大功能。

Quick Connect

拨号上网时“握手（ Hand Shake ）”所需时间缩短到约 10秒，而现行的 56k Modem （ V.90 Modem）则需要约 20秒。

V.92 技术简介

Modem-on-Hold

当正在使用 Modem 时如果有电话打进来 , 可最长维持 16 分钟的 Modem 连接状态 . 而在目前的 56k Modem则会切断连接 ,因此需要重新拨号上网。

V.92 技术简介

PCM Upstream

上行方向（从家庭到 ISP ）的传输速度最大可达到 48kb/s 。在现行的 56k Modem 中上行速度为33.6kb/s 。收发较长电子邮件及带有附件的电子邮件或更新Web网站等时将会更加方便。上行的通信方式改为与下行传输相同的 PCM （脉冲代码调制）方式。

V.92 技术简介

PCM Upstream

PCM 本身的最大传输速度为 64kb/s （ 8bit×8kHz ）在 56k Modem 中下行方向的速度之所以为 56kb/s ，是由于在中继网中有时不能使用 8bit 数列中的最下位 bit 。而此次在 V.92 中上行方向之所以限制在 48kb/s ，是因为将会受到电信局 A-D转换器产生的量子化噪声影响的缘故。

V.92 技术简介

采用新的数据压缩规格 V.44

与现有规格 V.42bis 相比，压缩率可提高 25％。如为典型的 Web网页，可将数据压缩到约 1/6。因此，表面速度（吞吐量）将超过 300kb/s 。

四、故障现象及分析 LAYOUT注意事项

故障现象及分析LAYOUT注意事项

插卡无显示 :

1)PCI 接口的数据线 , 控制信号线等对地或对电源或信号之间短路 .

2) 供电电源对地短路 .


主机起动但死机 :

1) 时钟问题 .

2) 电源问题 .

找到新硬件：

1 ） PCI 接口的数据线 , 控制信号线断路 .

2 ）金手指赃或金手指与 PCI槽接触问题 .

3 ） EEPROM 的烧录程序问题 .

4 ）时钟问题 .


诊断时端口打开 :

1)DRIVER 问题 .

2) 系统冲突 .

3)DSP 芯片坏 .


诊断正常 , 不能拨号 :

1)AFE周围电路问题 ,AFE 芯片坏 .

2)摘机电路问题 ,继电器坏 .

3)变压器坏 .

4)直流吸收回路问题 .

5)LINE 断


能拨号 , 不能上网 , 或速度低 :

1) 交流阻抗不匹配 .

2)AFE 的阻 , 容器件问题 .

3) 电源问题 .

4) 时钟问题 .

5)LAYOUT干扰


经常掉线：

1)LINE 干扰

2)LAYOUT 干扰

喇叭无声 : 放大电路 .


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 。

附Modem 指示灯含义：

THANK YOU!

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