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摘要本文介紹modem在調(diào)制解調(diào)和壓縮糾錯方面一些常用協(xié)議標準的技術(shù)特征,供選用Modem時參考。

一、引言

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,便可以稱為標準(Standard)。

由某一生產(chǎn)廠家發(fā)明出一種新的技術(shù),并應(yīng)用這種技術(shù)生產(chǎn)出為較多的用戶接受的產(chǎn)品時,這種技術(shù)便成為一種標準,習慣上稱為工業(yè)標準。但并不排除別的廠家也研制出類似效果的其它技術(shù),成為一種并行的工業(yè)標準。除工業(yè)標準外,國際電訊界的一個權(quán)威性組織CCITT(國際電話電報咨詢委員會,現(xiàn)已更名為ITU-TSS,即國際電訊聯(lián)盟技術(shù)標準部)頒布的一系列技術(shù)文件則成為更令人矚目的國際標準。由于歷史和市場的原因,現(xiàn)今的Modem產(chǎn)品往往支持多種技術(shù)標準,包括國際標準和工業(yè)標準。

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)標準;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技術(shù)引入其中。本文主要介紹這兩個方面的技術(shù)標準。

二、調(diào)制解調(diào)技術(shù)的標準調(diào)制解調(diào)器的基本功能是在計算機提供的二進制數(shù)字信號與電話網(wǎng)支持的模擬信號之間進行轉(zhuǎn)換,使計算機可以利用電話網(wǎng)進行遠距離的數(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,這個速度常以比特率,即每秒鐘傳輸?shù)亩M制位數(shù)(bitspersecond,簡寫為bps)來衡量。

最早的調(diào)制解調(diào)器可以追溯到1958年由AT&T公司推出的數(shù)據(jù)電話,用于將終端設(shè)備與遠地的主機連接起來。這種Modem的技術(shù)標準稱為Bell103,它采用了簡單的調(diào)頻技術(shù)FSK(FrequencyShiftKeying),僅提供300bps的傳輸速度。CCITT根據(jù)Bell103頒布了一個類似的技術(shù)標準V.21。

此后,調(diào)制解調(diào)技術(shù)發(fā)展緩慢,直到70年代才出現(xiàn)第二個較有影響的Modem標準:AT&T的Bell212。Bell212采用調(diào)幅與調(diào)相結(jié)合的4-DPSK技術(shù),實現(xiàn)了1200bps的傳輸速度。CCITT的一個類似標準稱為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Modem仍將這兩項技術(shù)集成在產(chǎn)品中,作為選項。

進入80年代中期,隨著微機的廣泛普及和Modem專用芯片的推出,調(diào)制解調(diào)技術(shù)進入了一個飛速發(fā)展的時期。首先是CCITTV.22bis(bis是法語“第二個”的意思)標準被大多數(shù)Modem廠家采用,它的16-QAM(12個相位角和4個調(diào)幅相的正交調(diào)制)調(diào)制技術(shù)實現(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),可實現(xiàn)9600bps速度的V.32標準。盡管開始時有些廠家,如Hayes、Telebit和Motorola等,從技術(shù)壟斷的目的出發(fā),推出了依靠自己專利技術(shù)實現(xiàn)的9600bps的Modem產(chǎn)品,但最終都統(tǒng)一到了V.32標準。此后,CCITT加強了Modem標準的研究力度,于1991年頒布了V.32bis標準。V.32bis采用128-TCM調(diào)制技術(shù),可以實現(xiàn)最高14400bps的傳輸速度,并能根據(jù)線路質(zhì)量的變化,退至12000bps、9600bps、7200bps和4800bps等4個速度檔進行工作。1993年,CCITT推出V.FAST試用標準,并隨后修正為正式標準V.34,可實現(xiàn)28800bps的最高速度,這也是迄今為止Modem能夠達到的最高線路速度。該標準還可按28.8K/26.4K/21.6K/19.2K/16.8K/14.4K/12K/9600/7200/4800bps等多個速度檔降速工作。

除了上述主流的調(diào)制解調(diào)標準外,還有一些適用于美式四線制電話和專用于傳真機的協(xié)議標準,如V.26bis、V.27bis、V.29、V.33等,在此不多介紹。主要的調(diào)制解調(diào)標準及其技術(shù)特征。

三、壓縮糾錯技術(shù)的協(xié)議標準

為了進一步提高Modem對數(shù)據(jù)的傳輸速度,除了上述對調(diào)制解調(diào)技術(shù)的不斷改進之外,數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)也在近年來被引入Modem。糾錯技術(shù)則是隨著壓縮技術(shù)的采用而被引入的。因為當Modem中增加了壓縮和解壓的處理之后,對線路傳輸中的誤碼變得敏感起來,線路中的一點微小的傳輸錯誤可能導(dǎo)致解壓時一長串的數(shù)據(jù)錯誤。

美國Microcom公司是使用糾錯和壓縮技術(shù)的先驅(qū)。Microcom的糾錯和壓縮協(xié)議常簡寫為MNP(MicrocomNetworkProtocol),它由一系列獨立的糾錯和壓縮協(xié)議組成。其中,MNP1～MNP4和MNP10是糾錯協(xié)議,MNP5和MNP7是壓縮協(xié)議。由于大多數(shù)Modem廠家都購買了MNP專利技術(shù)的使用許可證,并在他們的Modem產(chǎn)品中實現(xiàn),因此,MNP已成為壓縮糾錯技術(shù)的工業(yè)標準。

MNP1和MNP2采用面向字符的糾錯方法,因其糾錯能力較差且降低傳輸效率,現(xiàn)已很少采用。MNP3是面向比特的全雙工糾錯協(xié)議,它將Modem送來的異步格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成同步格式的幀,加上CRC檢錯碼,然后采用同步幀的檢錯和重發(fā)糾錯的方法進行處理。而MNP4則在MNP3的基礎(chǔ)上增加了自適應(yīng)幀長的特性,進一步提高了傳輸效率,因而成為一種廣泛使用的Modem糾錯協(xié)議。MNP10是一個糾錯能力更強的協(xié)議,它適用于像蜂窩電話網(wǎng)(大哥大)這樣的噪音環(huán)境,但一般的Modem不支持這種協(xié)議。

1988年,CCITT開始介入Modem糾錯領(lǐng)域,頒布了V.42糾錯標準。V.42采用的糾錯技術(shù)稱為LAP-M(LinkAccessProcedureforModem),實際上是將X.25網(wǎng)的鏈路協(xié)議LAP-B引入Modem,實現(xiàn)類似的糾錯處理。同時,V.42也將MNP4作為它的一個選項。如果兩臺Modem中的一臺支持V.42,另一臺支持MNP4,則二者可以自動協(xié)商執(zhí)行MNP4的糾錯處理。

在數(shù)據(jù)壓縮協(xié)議方面,MNP5和V.42bis最為流行。MNP5使用了兩種壓縮算法,一種是霍夫曼編碼(HuffmanCode),另一種為運行長度編碼(Run-LengthCode)。對于普通的ASCII字符型文本文件,MNP5可獲得2∶1的壓縮比,即經(jīng)壓縮后實現(xiàn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量僅為原來的一半。MNP7在MNP5的基礎(chǔ)上更進了一步,增加了按“字符對”的出現(xiàn)頻率進行霍夫曼編碼的壓縮處理,壓縮比提高到3∶1。

CCITT于1989年頒布的V.42bis是一種更為有效的壓縮協(xié)議。V.42bis采用自適應(yīng)字典算法Lempel-Ziv,對典型的ASCII碼文本可達到4∶1的壓縮比,而且實時性比MNP5要好。

如果傳輸?shù)奈募呀?jīng)先作過壓縮(如用ARC、LHA、PKZIP),則最好不要在Modem中選用MNP壓縮協(xié)議。因為此時Modem的MNP壓縮不僅不能產(chǎn)生實際的壓縮效果,反而要耗費一定的處理時間。但是,由于V.42bis具有自動測試功能,可以通過在線測試自動地在壓縮模式與透明模式(不作壓縮處理)之間進行切換,因此V.42bis的適應(yīng)性比MNP5要好。如果可能,建議盡可能使Modem工作在V.42bis協(xié)議。

值得指出的是,壓縮技術(shù)與糾錯技術(shù)是緊密相關(guān)的,如果選擇了V.42bis壓縮協(xié)議,則Modem將自動啟用V.42糾錯協(xié)議;而如果用MNP5壓縮,則自然采用MNP糾錯。表2列出了上述壓縮和糾錯協(xié)議的主要特性。