第七章 接口與調(diào)制解調(diào)器.ppt

第七章接口與調(diào)制解調(diào)器 引言 將信息編碼成可以傳輸?shù)母袷胶?接下來將探討傳輸過程 信息處理設(shè)備能產(chǎn)生編碼信號(hào) 通常還需要其他設(shè)備的協(xié)助才能將這些信號(hào)在通信鏈路上進(jìn)行傳輸 例如一臺(tái)PC產(chǎn)生數(shù)字信號(hào) 在將信號(hào)通過電話線發(fā)送之前 還需要一臺(tái)附加設(shè)備來調(diào)制載波頻率 在此過程中 如何才能將數(shù)據(jù)由產(chǎn)生的源設(shè)備傳送到下一個(gè)設(shè)備中呢 解決的辦法是使用一捆導(dǎo)線 即接口 來實(shí)現(xiàn) 引言 因?yàn)榻涌谶B接的兩個(gè)設(shè)備有可能不是一個(gè)廠家生產(chǎn)的 所以必須規(guī)定接口的特性并建立標(biāo)準(zhǔn) 接口特性包括機(jī)械規(guī)范 使用多少條導(dǎo)線來傳輸信號(hào) 電氣規(guī)范 信號(hào)的頻率 振幅和相位 以及功能規(guī)范 如果使用多條導(dǎo)線 每條導(dǎo)線的功能是什么 這些特性在一些常用標(biāo)準(zhǔn)中都有描述 并且被集成到了OSI七層模型的物理層中 7 1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 從一個(gè)設(shè)備向另一個(gè)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)考慮的主要是配線方式 對(duì)于配線問題考慮的主要因素是數(shù)據(jù)流 是一次只發(fā)送一個(gè)比特 還是將比特成組發(fā)送 如果成組發(fā)送 那么如何組成組 通過鏈路傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)可以采用并行模式和串行模式 在并行模式中 在每個(gè)時(shí)鐘到來時(shí)多個(gè)比特被同時(shí)發(fā)送 在串行模式中 每個(gè)時(shí)鐘脈沖只發(fā)送一個(gè)比特 在并行傳輸中只有一種發(fā)送數(shù)據(jù)的方式 而在串行傳輸中則包括同步和異步兩種方式 7 1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 7 1 1并行傳輸并行傳輸 ParallelTransmission 是指可以同時(shí)傳輸一組比特 每個(gè)比特使用單獨(dú)的一條線路 導(dǎo)線 這些線路通常被捆扎在一條電纜里 如圖7 1所示 圖7 1并行傳輸 7 1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 7 1 1并行傳輸由0和1組成的二進(jìn)制數(shù)據(jù)可以組成n比特的位組 計(jì)算機(jī)使用和生成以位組為單位的數(shù)據(jù) 就像在英語會(huì)話時(shí)用單詞而不是一個(gè)個(gè)字母來交流一樣 通過分組 可以一次發(fā)送n個(gè)比特而不是一個(gè)比特一個(gè)比特地發(fā)送 并行傳輸非常普遍 其優(yōu)點(diǎn)是速度快 特別是用于兩個(gè)短距離的設(shè)備之間 最常見的例子是計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備之間的通信 其他的例子還包括CPU 存儲(chǔ)器模塊和設(shè)備控制器之間的通信 7 1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 7 1 1并行傳輸?shù)?并行傳輸應(yīng)用到長距離的連接上則無優(yōu)點(diǎn)可言了 首先 在長距離上使用多條線路要比使用一條單獨(dú)線路昂貴 其次 長距離的傳輸要求較粗的導(dǎo)線 從而降低信號(hào)的衰減 這時(shí)要把它們捆到一條單獨(dú)電纜里相當(dāng)困難 第三個(gè)問題涉及比特傳輸所需要的時(shí)間 短距離時(shí) 同時(shí)發(fā)送的比特幾乎總是能夠同時(shí)收到 但長距離時(shí) 導(dǎo)線上的電阻會(huì)或多或少地阻礙比特的傳輸 從而使它們的到達(dá)稍快或稍慢 這將給接收端帶來麻煩 7 1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 7 1 2串行傳輸串行傳輸 SerialTransmission 是只使用一條線路 逐個(gè)地傳送所有的比特 因此在兩個(gè)通信設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)只需要一條通信信道 而不是n條 如圖7 2所示 圖7 2串行傳輸 7 1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 7 1 2串行傳輸串行傳輸比較便宜 用在長距離連接中也比傳輸更加可靠 其次 因?yàn)橹恍枰粭l通信信道 所以其費(fèi)用大約只是并行傳輸?shù)膎分之一 但是 因?yàn)槊看沃荒馨l(fā)發(fā)送一個(gè)比特位 所以其速度也比較慢 在實(shí)際中 因?yàn)樵O(shè)備內(nèi)部的傳輸時(shí)并行的 所以在發(fā)送端和接收端的接口上都需要有轉(zhuǎn)換器 前者是并 串轉(zhuǎn)換 后者是串 并轉(zhuǎn)換 串行傳輸可通過異步或同步兩種方式來實(shí)現(xiàn) 7 1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 7 1 2串行傳輸1 異步傳輸如果在傳輸中時(shí)序并不重要 則稱為異步傳輸 AsynchronousTransmission 它與同步方式不同的是 信息是以一種約定的模式被接收和翻譯的 只要遵照約定模式 接收設(shè)備就可以不理會(huì)信息發(fā)送的節(jié)奏而能正確地獲取信息 約定模式是基于將比特流組成字節(jié)的方式建立的 每一組比特 通常為8個(gè)比特 作為一個(gè)單元通過鏈路傳輸 發(fā)送端系統(tǒng)單獨(dú)處理每組 每處理完一組就將其發(fā)到鏈路上 并不理會(huì)時(shí)鐘信號(hào) 7 1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 7 1 2串行傳輸1 異步傳輸沒有同步脈沖 接收方就不可能通過計(jì)時(shí)方式來預(yù)測(cè)下一組比特何時(shí)達(dá)到 因此 為了通知接收方有新的位組到達(dá) 在每個(gè)字節(jié)的開頭都要附加一個(gè)比特位 其值通常是0 稱為起始位 為了讓接收方知道一個(gè)字節(jié)已經(jīng)結(jié)束 在每字節(jié)尾部還要加上一個(gè)或多個(gè)比特位 他們的值通常是1 稱為停止位 利用上述方法 每個(gè)字節(jié)的長度至少增加到了10比特 其中有8比特的信息再加上兩個(gè)或更多的提示接收方的信號(hào) 另外 每發(fā)送完一個(gè)字節(jié) 可能還要跟上一段可變長的時(shí)間間隙 這段間隙或者以信道空閑狀態(tài)表示 或者以附加的停止位流表示 7 1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 7 1 2串行傳輸1 異步傳輸 圖7 3異步傳輸 7 1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 7 1 2串行傳輸1 異步傳輸起始位 停止位和間隙將一個(gè)字節(jié)的起始和終止提示給接收方 使得接收方可以根據(jù)數(shù)據(jù)流進(jìn)行同步 因?yàn)樽止?jié)這一層次 發(fā)送方和接收方不再需要進(jìn)行同步 所以這種傳輸方式稱為異步傳輸 但是在每一字節(jié)內(nèi) 接收方仍要根據(jù)比特流來進(jìn)行同步 也就是說 一定程度上的同步還是存在的 但僅僅局限在一個(gè)字節(jié)內(nèi) 每個(gè)字節(jié)開始時(shí) 接收方設(shè)備就重新同步 當(dāng)接收方檢測(cè)到一個(gè)起始位后 就啟動(dòng)時(shí)鐘 并對(duì)陸續(xù)到來的比特開始計(jì)數(shù) 在接收完n個(gè)比特后 接收方就等待停止位達(dá)到 當(dāng)檢測(cè)到停止位時(shí) 接收方就在下一個(gè)起始位到達(dá)前忽略接收的所有信號(hào) 7 1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 7 1 2串行傳輸1 異步傳輸圖7 3是異步傳輸模式的示意圖 圖中起始位的值是0 停止位的值是1 間隙由線路空閑態(tài)表示 而不是附加的停止位 通常 異步傳輸用于低速設(shè)備 另外 由于加入了起始位 停止位并且在比特流間插入了間隙 因此增加了額外的開銷 7 1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 7 1 2串行傳輸2 同步傳輸同步傳輸 SynchronousTransmission 將比特流組裝成較長的數(shù)據(jù)幀 或簡稱為幀 一幀中包含過個(gè)字節(jié) 與異步方式不同的是 幀內(nèi)的字節(jié)與字節(jié)之間沒有間隔 需要接收方在解碼時(shí)將比特流分解成字節(jié) 也就是說 數(shù)據(jù)被當(dāng)作不間斷的0和1的比特流傳輸 而由接收方比特流分割成一個(gè)個(gè)字節(jié) 7 1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 7 1 2串行傳輸2 同步傳輸數(shù)據(jù)幀的具體格式隨協(xié)議的不同而不同 但它們有許多共同的特征 如圖7 4所示 圖7 4同步傳輸 7 1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 7 1 2串行傳輸2 同步傳輸數(shù)據(jù)幀的第一部分包含同步字符 SYNCharacter 它是一個(gè)獨(dú)特的比特組合 用于通知接收方一個(gè)幀已經(jīng)到達(dá) SYN字符類似于前面提到的開始位 但它還能確保接收方的采樣速度和比特的到達(dá)速度保持一致 接下來是控制位 可能包含下列這些元素 源地址 指出數(shù)據(jù)幀從哪里來 目標(biāo)地址 指出數(shù)據(jù)幀到哪里去 這在數(shù)據(jù)幀必須經(jīng)過幾個(gè)節(jié)點(diǎn)才能達(dá)到目的地的網(wǎng)絡(luò)中非常重要 每個(gè)中間節(jié)點(diǎn)依據(jù)目標(biāo)地址進(jìn)行路由選擇 7 1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 7 1 2串行傳輸2 同步傳輸數(shù)據(jù)的實(shí)際字節(jié)數(shù) 序列號(hào) 它用于有很多幀被傳送出去 但由于某種原因無法按順序達(dá)到目的地的情況 接收方使用序列號(hào)對(duì)幀進(jìn)行重組 幀類型 隨協(xié)議而定 數(shù)據(jù)位定義了要發(fā)送的信息 字符鍵不需要開始位和停止位 錯(cuò)誤檢查位被用來檢測(cè)或矯正傳輸錯(cuò)誤 幀的最后一部分是一個(gè)幀結(jié)束標(biāo)記 和SYN字符一樣 它是一個(gè)獨(dú)特的比特串 用于表示沒有別的即將到達(dá)的比特了 至少在下一幀開始之前 7 1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 7 1 2串行傳輸2 同步傳輸因?yàn)闆]有間隙和起始 停止位 所以就沒有了比特流內(nèi)部的同步機(jī)制來幫助接收端設(shè)備在處理比特流時(shí)調(diào)整比特同步 因?yàn)樗邮諗?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性完全依賴于接收端設(shè)備根據(jù)比特到達(dá)情況進(jìn)行精確的比特計(jì)數(shù)的能力 所以時(shí)序變得十分重要 通常 同步傳輸要比異步傳輸快得多 因?yàn)樵诎l(fā)送端不需要插入附加位和間隙 在接收端也不需要?jiǎng)h除它們 一旦檢測(cè)到SYN字符 就可以在接下來數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)開始接收了 同步傳輸方式適用于高速傳輸 例如計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)的傳輸?shù)?字節(jié)的同步是在數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)的 7 2DTE DCE接口 首先了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)重要概念 DTE和DCE 在數(shù)據(jù)通信中經(jīng)常涉及到4個(gè)基本功能單元 兩端各有一個(gè)DTE和一個(gè)DCE 如圖7 5所示 DTE產(chǎn)生數(shù)據(jù) 并連同不要的控制字符一起傳送給DCE DCE將信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于傳輸介質(zhì)的形式并將它發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)鏈路中 當(dāng)信號(hào)到達(dá)另一端時(shí) 將發(fā)生相反的過程 7 2DTE DCE接口 圖7 5DTE和DCE 7 2DTE DCE接口 7 2 1數(shù)據(jù)終端設(shè)備 DTE DTE包括所有具有作為二進(jìn)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)源點(diǎn)或終點(diǎn)能力的單元 在物理層 它可以是一臺(tái)終端 微型計(jì)算機(jī) 計(jì)算機(jī) 打印機(jī) 傳真機(jī)或是任何其他產(chǎn)生或消耗數(shù)據(jù)的設(shè)備 數(shù)據(jù)終端設(shè)備之間并不經(jīng)常直接通信 它們產(chǎn)生或消耗數(shù)據(jù) 然而通信需要一種能夠用于傳輸?shù)闹虚g形式 可以把DTE的工作方式想象成人說話時(shí)大腦的工作 7 2DTE DCE接口 7 2 1數(shù)據(jù)終端設(shè)備 DTE 例如 某人有一個(gè)想法要與朋友交流 他的大腦產(chǎn)生了這個(gè)想法 但并不能將它直接傳送到他朋友的大腦中 而是由他的大腦將想法送給聲帶和嘴 它們將想法轉(zhuǎn)換成聲波并通過空氣或是電話線傳輸?shù)脚笥训亩淅?并由此進(jìn)入他朋友的大腦 在對(duì)方的大腦中 聲波信號(hào)被還原成信息 在這一過程中 他和他朋友的大腦就類似于DTE 他的聲帶和嘴是DCE 他朋友的耳朵也是DCE 空氣或電話線就是它們之間的傳輸介質(zhì) 7 2DTE DCE接口 7 2 2數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備任何能通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收模擬或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的功能單元都是DCE 在物理層 一個(gè)DCE接收從DTE中產(chǎn)生的數(shù)據(jù) 并將它們轉(zhuǎn)換成相應(yīng)信號(hào) 然后將這些信號(hào)發(fā)送到傳輸鏈路上 在這一層中常用的DCE有調(diào)制解調(diào)器 在任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中 一個(gè)DTE產(chǎn)生數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并將它傳送到DCE DCE將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可以在傳輸媒體上傳送的格式并將轉(zhuǎn)化后的信號(hào)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上的另一個(gè)DCE 第二個(gè)DCE從線路上接收信號(hào) 將信號(hào)轉(zhuǎn)化為與它相連的DTE可用的格式 然后轉(zhuǎn)發(fā)信息 7 2DTE DCE接口 7 2 2數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備為了實(shí)現(xiàn)通信 發(fā)送和接收的DCE設(shè)備必須采用同樣的調(diào)制方法 例如FSK 正如若想要和一個(gè)只懂日語的人交流 就必須說日語一樣 兩個(gè)DTE不需要互相協(xié)調(diào) 但是每個(gè)DTE必須與它所連接的DCE協(xié)調(diào)工作 而DCE設(shè)備之間必須協(xié)調(diào)工作 才能實(shí)現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)翻譯過程 7 2DTE DCE接口 7 2 3標(biāo)準(zhǔn)多年來 為定義DTE和DCE之間的接口 如圖7 6所示 制定了許多標(biāo)準(zhǔn) 盡管它們的解決方案不同 但每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都提供了關(guān)于連接的機(jī)械 電氣和功能特性 在參與制定DTE DCE標(biāo)準(zhǔn)的組織中 電子工業(yè)協(xié)會(huì) EIA 和國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部 ITU T 最為活躍 EIA制定的標(biāo)準(zhǔn)包括EIA 232 EIA 442 EIA 449等 由ITU制定的標(biāo)準(zhǔn)稱為V系列和X系列標(biāo)準(zhǔn) 7 2DTE DCE接口 7 2 3標(biāo)準(zhǔn) 圖7 6DTE DCE接口 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口EIA制定的一種重要的接口標(biāo)準(zhǔn)是EIA 232標(biāo)準(zhǔn) 它定義了DTE和DCE之間接口的機(jī)械 電氣以及功能特性 自1962年 首次以RS 232 推薦標(biāo)準(zhǔn) 名字發(fā)布以來 EIA 232標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了若干次的修訂 最新的一個(gè)版本 即EIA 232 D 不僅定義了使用的連接頭的類型 還定義了具體的電纜和插頭以及每一針腳的功能 如表7 1所示 注意 幾年前EIA決定把 RS 改為 EIA 因此正確的名稱應(yīng)該是EIA 232標(biāo)準(zhǔn) 但因?yàn)榕f名稱已經(jīng)相當(dāng)普及 而且要改變與習(xí)慣叫法非常困難 所以人們還是經(jīng)常使用 RS 這個(gè)名稱 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口 表7 1EIA 232各引腳功能 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口1 機(jī)械特性EIA 232標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械規(guī)范規(guī)定的接口是兩端分別有一個(gè)陽性和陰性的DB 25針腳連接頭的25線電纜 電纜長度不可超過15m 約50英尺 DB 25連接頭是一個(gè)帶有25根針或孔的插頭 每個(gè)針 孔都與一根有特定功能的導(dǎo)線相連 以此建立DTE設(shè)備與DCE設(shè)備之間25種可能的獨(dú)立交互操作 目前 在實(shí)際應(yīng)用中只使用了其中的一少部分 其他的可用作將來實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口1 機(jī)械特性EIA 232標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定25線電纜的一端是陽性連接頭 另一端是陰性連接頭 陽性連接頭是指電纜中每根導(dǎo)線都與插頭中的一根針相連的連接頭 陰性連接頭是指電纜中每根導(dǎo)線都與插頭中的一個(gè)金屬管或鞘相連的連接頭 在DB 25連接頭中 這些針或孔被排成兩排 上面13個(gè) 下面12個(gè) 如圖7 7所示 后面將介紹符合EIA 232標(biāo)準(zhǔn)的另一種DB 9連接頭 它是9線電纜 一端是DB 9陽性連接頭 另一端是DB 9陰性連接頭 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口1 機(jī)械特性 圖7 7EIA 232接口的引腳分布 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口2 電氣特性EIA 232標(biāo)準(zhǔn)的電氣規(guī)范規(guī)定了在DTE設(shè)備和DCE設(shè)備之間的任何一個(gè)方向上傳輸數(shù)據(jù)所采用的電壓值和信號(hào)類型 圖7 8說明了發(fā)送數(shù)據(jù)的電氣規(guī)范 EIA 232標(biāo)準(zhǔn)指出所有數(shù)據(jù)必須以邏輯1和0 稱為傳號(hào)和空號(hào) 的形式傳輸 采用非歸零電平 NRZ L 編碼 其中0對(duì)應(yīng)正電壓而1對(duì)應(yīng)負(fù)電壓 不同于簡單地定義一個(gè)最高電平和一個(gè)最低電平 EIA 232標(biāo)準(zhǔn)定義了兩個(gè)不同的電壓范圍 一個(gè)正電壓區(qū)和一個(gè)負(fù)電壓區(qū) 接收方接收所有落在這兩個(gè)范圍內(nèi)的不同的電壓值 對(duì)位于兩個(gè)范圍之外的電壓值予以忽略 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口2 電氣特性 圖7 8在EIA 232標(biāo)準(zhǔn)中發(fā)送數(shù)據(jù)的電氣規(guī)范 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口2 電氣特性要被當(dāng)做數(shù)據(jù)識(shí)別出來 對(duì)應(yīng)的電壓值必須在3V 15V或 3V 15V之間 通過讓有效信號(hào)落在兩個(gè)12V的區(qū)間內(nèi) EIA 232標(biāo)準(zhǔn)使得噪聲造成的信號(hào)衰減對(duì)識(shí)別數(shù)據(jù)影響很小 換言之 只要脈沖值在一個(gè)可接受的范圍內(nèi) 而脈沖的確切值并不重要 圖7 8顯示了一個(gè)因?yàn)樵肼暥p為一條曲線的方波 第4個(gè)比特的振幅比預(yù)期的要低 而且不是穩(wěn)定在一個(gè)電壓上 而是跨越了一段電壓值 如果接收方只查找固定的一個(gè)電壓值 那么這個(gè)脈沖的衰減將使該比特不可恢復(fù) 如果接收方在整個(gè)比特時(shí)隙中只接收一個(gè)電壓值 那么該比特仍將不能恢復(fù) 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口3 控制和時(shí)序在EIA 232接口中 25根可用的導(dǎo)線中只有4根位于數(shù)據(jù)功能 其余的21根都用于諸如控制 時(shí)序 接地以及測(cè)試等功能 這些導(dǎo)線的電氣規(guī)范類似于控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?dǎo)線 但是要簡單些 這些導(dǎo)線上傳輸?shù)碾妷撼^ 3V稱為 開 狀態(tài) 低于 3V稱為 關(guān) 狀態(tài) 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口3 控制和時(shí)序 圖7 9在EIA 232標(biāo)準(zhǔn)中控制信號(hào)的電氣規(guī)范 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口3 控制和時(shí)序圖7 9顯示了其中的一個(gè)信號(hào) 控制信號(hào)的規(guī)范在概念上與數(shù)據(jù)傳輸正好相反 正電壓表示開 負(fù)電壓表示關(guān) 注意 關(guān)仍然是以特定的電壓值代表的一個(gè)信號(hào)值 在系統(tǒng)運(yùn)行中這些控制線上沒有電壓意味著某些設(shè)備沒有正常工作 而不是這些線路關(guān)閉了 最后一個(gè)重要的電氣規(guī)范是比特率 EIA 232標(biāo)準(zhǔn)允許的最大比特率是20kb s 盡管在實(shí)際中常常超出這一值 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口4 功能特性EIA 232具有兩種不同的實(shí)現(xiàn)方法 DB 25和DB 9 DB 25 EIA 232對(duì)DB 25連接頭上每一根針的功能都進(jìn)行了定義 圖7 10顯示了一個(gè)陽性連接頭每根針腳的序號(hào)和功能 因?yàn)殛幮赃B接頭就是陽性連接頭的鏡像 所以陽性連接頭上1號(hào)針的功能在反方向上必然存在一個(gè)鏡像或是響應(yīng)功能 比如 針腳2用于傳輸數(shù)據(jù) 則針腳3就用于接收數(shù)據(jù) 通過這種方式 兩部分都能同時(shí)傳輸數(shù)據(jù) 如圖7 10所示 并不是每一針都確定了一個(gè)具體的功能 例如 9號(hào)和10號(hào)針被留作未來擴(kuò)充 而11號(hào)針未賦予任何作用 DB 9 在個(gè)別異步連接中 DB 25實(shí)現(xiàn)的許多針腳是不必要的 EIA 232的一個(gè)更簡單的9針腳本稱為DB 9 如圖7 11所示 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口4 功能特性 圖7 10EIA 232的DB 25標(biāo)準(zhǔn)的功能特性 圖7 11EIA 232的DB 9標(biāo)準(zhǔn)的功能特性 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口5 實(shí)例圖7 12中所示的實(shí)例描述了采用EIA 232標(biāo)準(zhǔn)只使用通信信道在租用線路上進(jìn)行同步全雙工傳輸?shù)那樾?這里的DCE設(shè)備是調(diào)制解調(diào)器 DTE設(shè)備是計(jì)算機(jī) 從準(zhǔn)備到拆除共包括5個(gè)步驟 本例采用全雙工模式 所以對(duì)每一對(duì)計(jì)算機(jī) 調(diào)制解調(diào)器都能同時(shí)傳輸數(shù)據(jù) 但是在EIA的術(shù)語中 仍然將其中一個(gè)稱為發(fā)送方 另一個(gè)稱為接收方 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口5 實(shí)例 圖7 12同步全雙工傳輸 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口5 實(shí)例顯示傳輸之前接口的準(zhǔn)備工作 兩個(gè)接地線 針腳1 屏蔽 和針腳7 接地信號(hào) 在計(jì)算機(jī) 調(diào)制解調(diào)器之間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)都是出于工作狀態(tài)的 保證所有設(shè)備都已就緒 可以傳輸 首先 發(fā)送方的DTE設(shè)備激活自己的針腳20并將一個(gè)DTE設(shè)備就緒信號(hào)發(fā)送給它連接的DCE設(shè)備 DCE設(shè)備通過將針腳6激活通知DTE設(shè)備DCE設(shè)備就緒 在遠(yuǎn)端重復(fù)同樣的過程 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口5 實(shí)例在發(fā)送和接收調(diào)制解調(diào)器之間建立物理連接 這一步可以視為傳輸過程的啟動(dòng) 首先 發(fā)送端DTE設(shè)備激活針腳4并向它的DCE設(shè)備發(fā)送一個(gè)發(fā)送請(qǐng)求 這個(gè)DCE設(shè)備向遠(yuǎn)端出于空閑狀態(tài)的接收方調(diào)制解調(diào)器發(fā)送一個(gè)載波信號(hào) 當(dāng)接收方調(diào)制解調(diào)器檢測(cè)到這個(gè)載波信號(hào)后 它激活針腳8 接收線路信號(hào)檢測(cè) 通知與它相連的計(jì)算機(jī)一次傳輸即將開始 發(fā)送載波信號(hào)后 發(fā)送方DCE設(shè)備激活針腳5 向它的DTE設(shè)備發(fā)送一個(gè)清除發(fā)送報(bào)文 遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)與調(diào)制解調(diào)器也完成同樣的過程 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口5 實(shí)例數(shù)據(jù)傳輸過程 發(fā)送方計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)流連同時(shí)鐘信號(hào)分別通過2號(hào)線和24號(hào)線同時(shí)傳送到調(diào)制解調(diào)器 調(diào)制解調(diào)器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去 接收方調(diào)制解調(diào)器接收模擬信號(hào) 將它還原為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 并連同時(shí)鐘信號(hào)分別通過3號(hào)線和17號(hào)線傳送給計(jì)算機(jī) 同樣地 接收方計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到發(fā)送計(jì)算機(jī)按相同的過程進(jìn)行 當(dāng)雙方都完成傳輸時(shí) 兩邊的計(jì)算機(jī)就撤消了它們的請(qǐng)求發(fā)送信號(hào) 調(diào)制解調(diào)器關(guān)閉載波信號(hào) 接收線路信號(hào)檢測(cè) 再?zèng)]有信號(hào)需要檢測(cè)的了 以及它們的清除發(fā)送信號(hào) 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口6 空調(diào)制解調(diào)器假設(shè)需要在一個(gè)建筑物內(nèi)連接兩臺(tái)DTE設(shè)備 例如兩臺(tái)工作站 或者一臺(tái)終端和一臺(tái)工作站 在直接連接兩個(gè)相容的數(shù)字設(shè)備時(shí)是不需要調(diào)制解調(diào)器的 數(shù)據(jù)傳輸并不需要跨越類似電話線的模擬線路 因而不需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制 但是卻需要一個(gè)接口來處理這些交換 如就緒建立 數(shù)據(jù)傳輸 接收等 信息 就像EIA 232標(biāo)準(zhǔn)的DTE DCE之間的電纜的功能一樣 針對(duì)上述情況 EIA 232提供的解決方案稱為空調(diào)制解調(diào)器 空調(diào)制解調(diào)器在沒有DCE設(shè)備的環(huán)境下提供了DTE DTE的接口 但是為什么要用空調(diào)制解調(diào)器呢 如果僅僅需要接口 為什么不干脆使用標(biāo)準(zhǔn)的EIA 232電纜呢 分析圖7 13的例子將有助于我們理解這一問題 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口6 空調(diào)制解調(diào)器 圖7 13有 無DCE設(shè)備的情況下所采用的針腳連接方式 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口6 空調(diào)制解調(diào)器a部分所示為通過電話網(wǎng)絡(luò)的連接 兩臺(tái)DTE設(shè)備通過DCE設(shè)備交換信息 每臺(tái)DTE設(shè)備的針腳2和DCE設(shè)備的針腳3轉(zhuǎn)發(fā)過來的數(shù)據(jù) 如圖7 13所示 EIA 232電纜將DTE設(shè)備的針腳2和DCE設(shè)備的針腳2連接起來 圖的b部分分出了當(dāng)采用相同方式連接兩個(gè)DTE設(shè)備時(shí)會(huì)發(fā)生的情況 如果沒有DCE設(shè)備在相應(yīng)的針腳之間對(duì)來去數(shù)據(jù)流進(jìn)行切換 兩個(gè)DTE設(shè)備就會(huì)試圖在針腳2這同一條線路上發(fā)送數(shù)據(jù) 而在針腳3這條線路上等待數(shù)據(jù) 這兩個(gè)DTE設(shè)備都在向?qū)Ψ降牡陌l(fā)送針腳 而不是接收針腳 發(fā)送數(shù)據(jù) 接收線3是空閑的 因?yàn)樗慌懦谡麄€(gè)傳輸之外 發(fā)送線2因而充滿了沖突和噪聲以及不會(huì)被任何一臺(tái)DTE所接收的信號(hào) 在這種情況下 從一臺(tái)設(shè)備到另一臺(tái)設(shè)備的數(shù)據(jù)輸是不可能的 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口6 空調(diào)制解調(diào)器 1 交叉連接 為了實(shí)現(xiàn)傳輸 連線必須交叉 讓第一臺(tái)設(shè)備的針腳2與第二臺(tái)DTE設(shè)備的針腳3相連 而第二臺(tái)DTE設(shè)備的針腳2與第一臺(tái)DTE設(shè)備的針腳3相連 這兩個(gè)針腳是最重要的 但是 其他一些針腳也有類似問題 因而也需要重新連接 如圖7 14所示 空調(diào)制解調(diào)器是一種EIA 232接口 它使得兩端的DTE設(shè)備都相信自己連有一個(gè)DCE設(shè)備 并且與一個(gè)位于它們之間的網(wǎng)絡(luò)相連 因?yàn)槠淠康氖菫榱颂峁┻B接 空調(diào)制解調(diào)器可以是一段電纜或是一個(gè)設(shè)備 或者采用標(biāo)準(zhǔn)的EIA 232電纜和一個(gè)打開的盒子按照自己希望的方式交叉連線來制作一個(gè)空調(diào)制解調(diào)器 在上述方法中 電纜是最常用和最方便的 如圖7 14所示 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口6 空調(diào)制解調(diào)器 圖7 14空調(diào)制解調(diào)器的陣腳連接方式 7 2DTE DCE接口 7 2 4EIA 232接口6 空調(diào)制解調(diào)器 2 其他不同之處 盡管EIA 232的DTE DCE接口電纜在DTE設(shè)備端是陰性連接頭而在DCE端是陽性連接頭 但空調(diào)制解調(diào)器在兩端都需要連接陽性的EIA 232的DTE端口 所以它的兩端都是陰性連接頭 7 3其他接口標(biāo)準(zhǔn) EIA 232對(duì)數(shù)據(jù)速率和電纜長度 信號(hào)的有效傳輸距離 都有所限制 即數(shù)據(jù)速率最大為20Kb s 電纜的最大長度只能到50英尺 15m左右 為滿足要求更高數(shù)據(jù)速率和更遠(yuǎn)傳輸距離的實(shí)際需求 EIA和ITU還制定了附加的接口標(biāo)準(zhǔn) 即EIA 499 EIA 530以及X 21 7 3 1EIA 449EIA 449的機(jī)械規(guī)范定義了兩種接頭 37針的DB 37和9針的DB 9 兩種組合成46針的配置 EIA 449的功能規(guī)范給DB 37連接頭定義了與DB 25類似的功能 兩者之間的最大區(qū)別在于DB 37中沒有與輔助信道有關(guān)的功能 因?yàn)檩o助信道很少用到 EIA 449將這些功能分離出來單獨(dú)用一個(gè)輔助的9針連接頭 DB 9 提供這些功能 通過這種方式 需要輔助信道的系統(tǒng)也可以方便的使用 7 3其他接口標(biāo)準(zhǔn) 7 3 1EIA 4491 DB 37各針腳的功能為了保持與EIA 232標(biāo)準(zhǔn)的兼容性 EIA 449標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)交換功能 控制及時(shí)序的定義如表7 2所示 7 3其他接口標(biāo)準(zhǔn) 7 3 1EIA 4491 DB 37各針腳的功能 表7 2DB 37連接頭的針腳功能 7 3其他接口標(biāo)準(zhǔn) 7 3 1EIA 4491 類針腳 類針腳與EIA 232針腳的功能兼容 其中大部分要進(jìn)行重命名 對(duì)于每個(gè) 類針腳 EIA 449定義了兩根相同的針 一根在表中第一欄 另一根在第二欄 例如 第4針和第22針都叫發(fā)送數(shù)據(jù) 這兩根針的功能與EIA 232中針腳2的功能是一樣的 第5針和第23針都叫發(fā)送時(shí)序 第6針和第24針又都叫接收數(shù)據(jù) 更有意思的是 每對(duì)針在連接頭中都是垂直相鄰的 第二欄中的針腳恰位于第一欄中對(duì)應(yīng)針腳的下方 按照DB 25針腳標(biāo)號(hào)的辦法給DB 37標(biāo)號(hào) 就可以發(fā)現(xiàn)這種關(guān)系 這種結(jié)構(gòu)就是EIA 449的功能基礎(chǔ) 在本節(jié)后面討論電氣規(guī)范中定義的兩種信號(hào)的交替模式時(shí) 將講述針腳之間的相互關(guān)系 7 3其他接口標(biāo)準(zhǔn) 7 3 1EIA 4493 類針腳 類針腳是在EIA 232中沒有定義或是進(jìn)行重定義的針腳 這些新針腳的序號(hào)和功能如下 本地回饋 針10用于本地回饋測(cè)試 遠(yuǎn)程回饋 針腳14用于遠(yuǎn)程回饋測(cè)試 頻率選擇 針腳16用于在兩種不同的頻率之間進(jìn)行選擇 測(cè)試方式 針腳18用于各級(jí)測(cè)試 共接收 針腳20對(duì)于DCE和DTE的非平衡線路提供了一種公共的信號(hào)回線 7 3其他接口標(biāo)準(zhǔn) 7 3 1EIA 4493 類針腳終端服務(wù) 針腳28向DCE設(shè)備指示DTE設(shè)備是否可用 選擇備用 針腳32允許在發(fā)生故障后使用設(shè)備 新信號(hào) 在一臺(tái)DTE設(shè)備控制幾臺(tái)輔助DTE設(shè)備的多點(diǎn)通信應(yīng)用中 針腳34是有效的 一旦激活 針腳34就指示一臺(tái)DTE已經(jīng)完成了數(shù)據(jù)交換任務(wù) 而另一臺(tái)新的正準(zhǔn)備開始 備用指示 針腳36提供了從DCE來的對(duì)選擇備用 針腳32 報(bào)文的確認(rèn)信號(hào) 共發(fā)送 針腳37提供了DTE到DCE間非平衡線路上的公共信號(hào)回線 7 3其他接口標(biāo)準(zhǔn) 7 3 1EIA 4494 DB 9各針腳功能表7 3列出了DB 9連接頭的針腳功能并顯示了它們與EIA 232 DB 25 中對(duì)應(yīng)部分的關(guān)系 7 3其他接口標(biāo)準(zhǔn) 7 3 1EIA 4495 電氣規(guī)范EIA 449采用兩種標(biāo)準(zhǔn)來定義其電氣規(guī)范 RS 422 用于平衡線路 和RS 423 用于非平衡線路 7 3其他接口標(biāo)準(zhǔn) 7 3 1EIA 4496 非平衡模式RS 423RS 423是一種非平衡電路的規(guī)范 非平衡電路 UnbalancedCircuit 是使用一條公共地線和一條線路傳輸信號(hào) 所以信號(hào)的電平是相對(duì)于地線而言的 這意味著它只為信號(hào)傳播定義了一條線路 在該標(biāo)準(zhǔn)中的所有信號(hào)都是用共回線 或是地線 來完成一次流程 圖7 15給出了非平衡信號(hào)的示意圖 在非平衡電路模式中 EIA 449使用每一對(duì) 類針腳的第一個(gè)針腳和所有的 類針腳 7 3其他接口標(biāo)準(zhǔn) 7 3 1EIA 4496 非平衡模式RS 423 圖7 15非平衡信號(hào) 7 3其他接口標(biāo)準(zhǔn) 7 3 1EIA 4497 7 平衡模式RS 422RS 422是一種平衡電路的規(guī)范 平衡電路 BalancedCircuit 使用兩條線路傳輸信號(hào) 傳輸設(shè)備在每條線路上發(fā)送一個(gè)大小相等符號(hào)相反的信號(hào) 這意味著它的每個(gè)信號(hào)傳輸定義了兩條線路 信號(hào)的返回仍然采用共回線方式 圖7 16給出了平衡信號(hào)的示意圖 在平衡模式中 EIA 449使用了每一根 類針腳但不使用 類針腳 正如電氣標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中所規(guī)定的 數(shù)據(jù)速率與距離的比率比非平衡方式和EIA 232標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的都要高 40英尺傳輸距離 速率為10Mb s 7 3其他接口標(biāo)準(zhǔn) 7 3 1EIA 4497 7 平衡模式RS 422 圖7 16平衡信號(hào) 7 3其他接口標(biāo)準(zhǔn) 7 3 1EIA 4497 7 平衡模式RS 422在平衡模式中 每條線路承載相同的傳輸 但是它們并不傳輸相同的信號(hào) 在一條線路上的信號(hào)是另一條線路上信號(hào)的互補(bǔ)值 用圖表顯示 互補(bǔ)值看起來就像原始信號(hào)的鏡像一樣 如圖7 16所示 此時(shí)接收方并不監(jiān)聽其中任何一個(gè)實(shí)際的信號(hào) 而是檢測(cè)兩個(gè)信號(hào)之間的差值 這種機(jī)制使得平衡線路具有比非平衡線路更強(qiáng)的抗噪聲干擾能力 并允許在更遠(yuǎn)的距離上實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率 7 3其他接口標(biāo)準(zhǔn) 7 3 1EIA 4497 7 平衡模式RS 422當(dāng)互補(bǔ)的信號(hào)達(dá)到接收方時(shí) 它們被輸入一個(gè)減法器 或差分放大器 中 通過這種方式 在對(duì)信號(hào)進(jìn)行解釋前減去輔助信號(hào) 因?yàn)閮蓚€(gè)信號(hào)是互補(bǔ)的 它們的差值將兩倍于第一個(gè)信號(hào)的值 例如 如果在某時(shí)刻每個(gè)信號(hào)值為5V 所以其結(jié)果是5 5 10 7 3其他接口標(biāo)準(zhǔn) 7 3 1EIA 4497 7 平衡模式RS 422如果在傳輸中有噪聲 則噪聲會(huì)以相同的方式影響兩個(gè)互補(bǔ)信號(hào) 正噪聲對(duì)信號(hào)產(chǎn)生正的影響 負(fù)噪聲對(duì)信號(hào)產(chǎn)生負(fù)的影響 結(jié)果是在減法過程中消除噪聲 如圖7 17所以 例如 假定在某點(diǎn)存在2V的噪聲 而此時(shí)第一個(gè)信號(hào)是 5 它的互補(bǔ)信號(hào)是 5V 額外的畸變使第一個(gè)信號(hào)值變?yōu)?V 第二個(gè)信號(hào)為 3V 此時(shí)7 3 仍然是10 這一特性有助于消除噪聲的影響并使得高速的平衡模式傳輸成為可能 7 3其他接口標(biāo)準(zhǔn) 7 3 1EIA 4497 7 平衡模式RS 422 圖7 17采用平衡模式消除噪聲 7 3其他接口標(biāo)準(zhǔn) 7 3 2EIA 530EIA 449提供了比EIA 232更強(qiáng)大的功能 但是由于工業(yè)界早已在DB 25連接頭上進(jìn)行了投資 因此大家不愿意接受EIA 449所要求的DB 37連接頭 為了促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用 EIA制定了一種使用DB 25電纜的EIA 449版本 EIA 530 EIA 530的針腳功能其實(shí)是EIA 449的所有 類針腳加上 類針腳中的3個(gè) 回饋功能的針腳 而對(duì)于EIA 232中的針腳 有些被忽略了 包括振鈴指示 信號(hào)質(zhì)量檢測(cè)和數(shù)據(jù)信號(hào)速率選擇等 EIA 530不支持輔助傳輸線路 7 3其他接口標(biāo)準(zhǔn) 7 3 3X 21X 21標(biāo)準(zhǔn)是由ITU T制定的 其目的是為了解決EIA接口中存在的問題 同時(shí)為了完全的數(shù)字通信鋪平道路 1 采用數(shù)據(jù)線路進(jìn)行控制在EIA接口中電路的大部分用于控制信息 因?yàn)樵跇?biāo)準(zhǔn)中控制功能是作為獨(dú)立信號(hào)實(shí)現(xiàn)的 所以這些電路是必需的 因?yàn)椴捎昧霜?dú)立的線路 所以控制信息能共僅用正負(fù)電平來代表 但是 如果控制信號(hào)采用系統(tǒng)中具有實(shí)際意義的控制字符來編碼 例如ASCII碼 那么控制信息就能夠在數(shù)據(jù)上傳輸了 7 3其他接口標(biāo)準(zhǔn) 7 3 3X 21因此 X 21標(biāo)準(zhǔn)撤銷了EIA標(biāo)準(zhǔn)中的大多數(shù)控制線路 而是在數(shù)據(jù)線路上控制流量 為了實(shí)現(xiàn)這種功能合并 DTE設(shè)備和DCE設(shè)備增加可以將控制碼轉(zhuǎn)換成可以通過數(shù)據(jù)線路傳輸?shù)谋忍亓鞯木€路邏輯 同時(shí)也都需要用于在接收時(shí)識(shí)別控制信息和數(shù)據(jù)的附加線路邏輯 這種設(shè)計(jì)方案使得X 21標(biāo)準(zhǔn)不僅采用的針腳較少而且可用于數(shù)字化遠(yuǎn)程通信 在數(shù)字化遠(yuǎn)程通信中 控制信息是在網(wǎng)絡(luò)上從一臺(tái)設(shè)備傳輸?shù)搅硪慌_(tái)設(shè)備 而不是只在DTE和DCE之間進(jìn)行 隨著數(shù)字技術(shù)的出現(xiàn) 需要處理的控制信息越來越多 包括撥號(hào) 重?fù)?保持等 X 21既可以作為接口標(biāo)準(zhǔn)連接數(shù)字化的計(jì)算機(jī)和類似調(diào)制解調(diào)器的模擬設(shè)備 也可作為數(shù)字化的計(jì)算機(jī)和諸如ISDN及X 25等數(shù)字接口的連接裝置 X 21是傳輸率為64kb s的平衡線路 這個(gè)速率已經(jīng)成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 7 3其他接口標(biāo)準(zhǔn) 7 3 3X 212 各針腳功能X 21標(biāo)準(zhǔn)定義的連接頭是具有15根針的DB 15 1 字節(jié)時(shí)序 X 21標(biāo)準(zhǔn)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是在EIA標(biāo)準(zhǔn)提供的比特同步之外還提供了用于控制字節(jié)同步的時(shí)序線 通過增加字節(jié)時(shí)序脈沖 第7號(hào)和第14號(hào)針腳 X 21改進(jìn)了整個(gè)傳輸過程的同步 2 控制和初始化 DB 15連接頭的3號(hào)和5號(hào)針腳用來初始化握手過程 或者是開始傳輸?shù)募s定 針腳3與請(qǐng)求發(fā)送針腳的功能類似 針腳5與清除發(fā)送針腳的功能類似 表7 4列出了所有針腳的功能 7 3其他接口標(biāo)準(zhǔn) 7 3 3X 212 各針腳功能 表7 4DB 15連接頭的針腳功能 7 4調(diào)制解調(diào)器 調(diào)制解調(diào)器是最常見的DCE設(shè)備 通過電話線上網(wǎng)的用戶一定用過調(diào)制解調(diào)器 連接在用戶計(jì)算機(jī)上的內(nèi)置或外置的調(diào)制解調(diào)器負(fù)責(zé)將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以通過公用電話線傳輸?shù)哪M信號(hào) 同時(shí) 調(diào)制解調(diào)器也負(fù)責(zé)將從電話線上接收的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào) 調(diào)制解調(diào)器是一個(gè)組合詞 代表了設(shè)備的兩個(gè)功能實(shí)體 一個(gè)信號(hào)調(diào)制器和一個(gè)信號(hào)解調(diào)器 兩部分的關(guān)系如圖7 18所示 7 4調(diào)制解調(diào)器 圖7 18調(diào)制解調(diào)器示意圖 7 4調(diào)制解調(diào)器 調(diào)制器是將數(shù)字信號(hào)用ASK FSK PSK或QAM轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào) 而解調(diào)器是將模擬信號(hào)還原成數(shù)字信號(hào) 雖然從功能上看 解調(diào)器就像一個(gè)模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換器 但它實(shí)際上并不通過對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣實(shí)現(xiàn)數(shù)字仿真 它只是調(diào)制的逆過程 圖7 18所示為調(diào)制解調(diào)器和通信鏈路的關(guān)系 兩端的個(gè)人計(jì)算機(jī)是DTE設(shè)備 調(diào)制解調(diào)器是DCE設(shè)備 DTE產(chǎn)生數(shù)據(jù)并通過接口 例如前面討論的EIA 232 將數(shù)據(jù)發(fā)送到的調(diào)制解調(diào)器 第二個(gè)調(diào)制解調(diào)器的解調(diào)部分接收調(diào)制后的信號(hào) 解調(diào)器接收ASK FSK PSK以及QAM編碼信號(hào) 并將它解碼為計(jì)算機(jī)可以使用的格式 談后通過接口把解碼后的數(shù)字信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī) 每臺(tái)DCE都必須和它連接的DTE以及其他DCE相容 7 4調(diào)制解調(diào)器 7 4 1傳輸速率通常 可根據(jù)每秒能夠傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)將調(diào)制解調(diào)器分為高速和低速 但是在談?wù)摳鞣N商用的調(diào)制解調(diào)器和它們的速率以前 需要研究一下限制傳輸速率的調(diào)制解調(diào)器本身的因素 1 帶寬在前面章節(jié)總我們定義了帶寬的概念 現(xiàn)在就使用這一概念來考察物理介質(zhì) 研究它對(duì)傳輸?shù)挠绊?一條鏈路的數(shù)據(jù)速率依賴于所采用的編碼方式和介質(zhì)帶寬 介質(zhì)帶寬受介質(zhì)固有的物理特性的限制 每一條線路都有它能通過的頻率范圍 如果信號(hào)頻率太慢 它就不能通過線路的電容 但如果太快了 就會(huì)被線路的電感所妨礙 所以 可以說每條線路都有它可以承受的最高頻率和最低頻率 這一限制范圍稱為帶寬 7 4調(diào)制解調(diào)器 7 4 1傳輸速率1 帶寬傳統(tǒng)電話線可以承載300 3300Hz范圍的頻率 也就是給出了一個(gè)3000Hz的帶寬 這個(gè)范圍內(nèi)的所有頻率都用來傳輸語音 此時(shí)即使有大量的干擾和畸變也可以不失清晰性 但是 如前面所述 為保證完整正確 數(shù)據(jù)信號(hào)需要更高的精確性 因此 為安全起見 這一頻率范圍的邊緣并不被用作數(shù)據(jù)傳輸 總之 信號(hào)帶寬總是小于電纜帶寬 在數(shù)據(jù)傳輸中電話線的有效帶寬是2400Hz 從600Hz到3000Hz 注意 現(xiàn)在又許多電話線能處理的帶寬比傳統(tǒng)電話線的更大 但是 調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)仍然是基礎(chǔ)傳統(tǒng)性能的 如圖7 19所示 7 4調(diào)制解調(diào)器 7 4 1傳輸速率1 帶寬 圖7 19電話線帶寬 7 4調(diào)制解調(diào)器 2調(diào)制解調(diào)器速率如前所述 每一種模擬轉(zhuǎn)換都采用不同的方式處理信號(hào) ASK調(diào)制振幅 FSK調(diào)制頻率 PSK調(diào)制相位 而QAM既調(diào)制振幅又調(diào)制相位 1 幅移鍵控 如前所述 ASK調(diào)制傳輸所需的帶寬等于信號(hào)的波特率 假設(shè)整個(gè)鏈路就像在單工或半雙工模式中一樣 由單個(gè)信號(hào)使用 那么ASK調(diào)制的最大波特率就等于傳輸介質(zhì)的整個(gè)帶寬 因?yàn)殡娫捑€的有效帶寬是2400Hz 所以最大波特率就是2400 而且 因?yàn)樵贏SK調(diào)制中波特率和比特率是相同的 所以最大比特率也是2400 如圖7 20所示 7 4調(diào)制解調(diào)器 2 調(diào)制解調(diào)器速率 1 幅移鍵控 圖7 20在半雙工模式下ASK編碼的波特率 7 4調(diào)制解調(diào)器 2 調(diào)制解調(diào)器速率 1 幅移鍵控對(duì)于全雙工模式 在每個(gè)方向上只能使用整個(gè)帶寬的一半 因此 在全雙工模式下 ASK編碼傳輸?shù)淖畲笏俾适?200b s 如圖7 21所示 這個(gè)可用帶寬是2400Hz 因此每個(gè)方向上的可能帶寬是位于各自中心的載波頻率的1200Hz 注意 有些調(diào)制解調(diào)器的性能說明將半雙工寫作HDX 而全雙工寫作FDX 盡管ASK調(diào)制的比特率和更常用的調(diào)制方式等同 但噪聲問題使得它對(duì)于調(diào)制解調(diào)器來說并不適用 盡管ASK調(diào)制具有較高的比特率 但由于噪聲問題現(xiàn)在已經(jīng)不采用了 7 4調(diào)制解調(diào)器 2 調(diào)制解調(diào)器速率 1 幅移鍵控 圖7 21在全雙工模式下ASK編碼的比特率 7 4調(diào)制解調(diào)器 2 調(diào)制解調(diào)器速率 2 頻移鍵控如前所述 FSK傳輸所需的帶寬是信號(hào)的波特率加上頻偏 考慮單工或半雙工環(huán)境中整個(gè)鏈路由單個(gè)信號(hào)占有的情形 FSK調(diào)制的最大波特率等于傳輸介質(zhì)減去頻偏 由于電話線的有效帶寬是2400Hz 因而最大波特率就是2400減去頻偏 而且 在FSK調(diào)制中波特率等于比特率 所以最大比特率也是2400減去頻偏 如圖7 22所示 7 4調(diào)制解調(diào)器 2 調(diào)制解調(diào)器速率 2 頻移鍵控 圖7 22半雙工模式下FSK編碼的波特率 7 4調(diào)制解調(diào)器 2 調(diào)制解調(diào)器速率 2 頻移鍵控 圖7 23全雙工模式下FSK編碼的波特率 7 4調(diào)制解調(diào)器 2 調(diào)制解調(diào)器速率 3 相移鍵控和正交調(diào)幅回憶以前的內(nèi)容 對(duì)于PSK和QAM而言 要求的最小帶寬和ASK傳輸一樣 但根據(jù)每一信號(hào)可以表示的比特?cái)?shù)不同 比特率可能更高 4 比較表7 5總結(jié)了以上討論的多種調(diào)制方法在標(biāo)準(zhǔn)的雙絞線上的最大比特率 這些數(shù)據(jù)都基于傳統(tǒng)的線路 如果采用四線線路 全雙工傳輸?shù)乃俾蕦⒓颖?在這種情況下 將有兩根線用于發(fā)送 另外兩根線用于接收 因此可用帶寬加倍 但是所示的都是理論上的數(shù)值 利用現(xiàn)有的技術(shù)可能無法達(dá)到 7 4調(diào)制解調(diào)器 2 調(diào)制解調(diào)器速率 表7 5調(diào)制解調(diào)器的理論比特率 7 4調(diào)制解調(diào)器 7 4 2調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)本節(jié)將引入兩個(gè)調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn) 貝爾調(diào)制解調(diào)器和ITU T調(diào)制解調(diào)器 1 貝爾調(diào)制解調(diào)器在20世紀(jì)70年代早期 貝爾公司生產(chǎn)了第一臺(tái)商用調(diào)制解調(diào)器 作為市場上第一家以及相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)唯一的一家生產(chǎn)商 貝爾公司規(guī)定了技術(shù)的開發(fā)并為后繼的廠商提供了一套事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn) 現(xiàn)在世界上有數(shù)十家公司在生產(chǎn)數(shù)百種調(diào)制解調(diào)器 隨著許多調(diào)制解調(diào)器變得越來越復(fù)雜和功能更強(qiáng) 它們?cè)谪悹栐瓉磔^為原始和相對(duì)簡單的型號(hào)上進(jìn)行了改進(jìn) 了解這些最早的調(diào)制解調(diào)器有助于理解調(diào)制解調(diào)器的基本特性 圖7 24所示為貝爾調(diào)制解調(diào)器的主要規(guī)范 7 4調(diào)制解調(diào)器 7 4 2調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn) 1 103 113系列 貝爾103 113系列調(diào)制解調(diào)器是最早的商用調(diào)制解調(diào)器之一 它通過雙線的交換式電話在全雙工模式下工作 傳輸采用FSK調(diào)制 是異步的 在呼叫模式下 它用1070Hz代表比特0 1270代表比特1 在應(yīng)答模式下 它用2025Hz代表0 用2225Hz代表1 數(shù)據(jù)速率是300b s 113系列是103系列的變體 增加了一些測(cè)試功能 7 4調(diào)制解調(diào)器 7 4 2調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn) 2 202系列 貝爾202系列調(diào)制解調(diào)器通過雙線的交換式電話線在半雙工模式下工作 傳輸采用FSK調(diào)制 是異步的 因?yàn)?02系列是半雙工方式 因此只采用了一對(duì)傳輸頻率 用200Hz代表0 用2400Hz代表1 注意 202系列在任一方向上都包含有輔助傳輸頻率 輔助傳輸頻率工作在387Hz 采用ASK調(diào)制 數(shù)據(jù)速率只有5b s 接收方設(shè)備利用這一信道告訴發(fā)送方已經(jīng)連接以及發(fā)送中斷信息要求停止傳輸 流量控制 或是要求重發(fā)數(shù)據(jù)信號(hào) 差錯(cuò)控制 7 4調(diào)制解調(diào)器 3 212系列 貝爾212系列調(diào)制解調(diào)器具有兩種速率 第二種可選速率是為了與更多系統(tǒng)具有相容性 兩種速率都是通過電話雙絞線在全雙工模式下工作 較低的速率 即300b s 采用FSK調(diào)制進(jìn)行異步模式下工作 采用4 PSK調(diào)制 盡管202系列也達(dá)到了1200b s的速率 但212系列是在全雙工而不是半雙工模式下達(dá)到這一速率 注意 由FSK調(diào)制轉(zhuǎn)換為4 PSK調(diào)制 可極大地提高傳輸效率 在202系列中 在同一方向上使用兩種頻率發(fā)送不同數(shù)據(jù) 在212系列中 兩種頻率表示兩種不同的傳輸方向 通過在每個(gè)頻率上進(jìn)行相位變化完成調(diào)制 4個(gè)相移中的每一個(gè)都代表兩個(gè)比特 7 4調(diào)制解調(diào)器 4 201系列 201系列調(diào)制解調(diào)器既可通過雙線的雙絞線在半雙工模式下工作 也可以通過四線的租用線在全雙工模式下工作 雙線線路的整個(gè)帶寬都用于一個(gè)方向的傳輸 四線線路允許有兩條完全獨(dú)立的信道 每一條用于一個(gè)方向的傳輸 而兩條信道均由兩端的單個(gè)調(diào)制解調(diào)器管理 傳輸采用同步方式 4 PSK調(diào)制 這意味著在每對(duì)線路的傳輸中只需要一種頻率即可 將兩個(gè)方向的傳輸分離到兩個(gè)單獨(dú)的物理線路上使得每個(gè)方向的傳輸都可利用整個(gè)線路的帶寬 這意味著采用完全相同的技術(shù)在半雙工和全雙工模式下數(shù)據(jù)速率都加倍到2400b s 或1200波特 2400b s還只是通過雙線的電話線采用4 PSK調(diào)制的理論最大速率的一半 7 4調(diào)制解調(diào)器 5 208系列 208系列調(diào)制解調(diào)器通過四線的租用線路在全雙工模式下工作 采用8 PSK調(diào)制 同步傳輸 像201系列一樣 208系列調(diào)制解調(diào)器通過降低導(dǎo)線數(shù)量加倍和將相當(dāng)于一條完整線路的帶寬分配給每一方向的傳輸來獲得全雙工的性能 不同點(diǎn)在于此時(shí)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)可以區(qū)分8種不同的相移 這種調(diào)制解調(diào)器的波特率是1600 由于每波特發(fā)送3個(gè)比特 8 PSK產(chǎn)生三位組 因此比特率是4800b s 7 4調(diào)制解調(diào)器 6 209系列 209系列調(diào)制解調(diào)器通過四線的租用線路在全雙工模式下工作 采用16 QAM調(diào)制 同步傳輸 209系列調(diào)制解調(diào)器通過將導(dǎo)線數(shù)量加倍 使得每一方向的傳輸都具有自己的信道來得到全雙工的性能 但是 這個(gè)系列允許使用每個(gè)信道的所有帶寬 由于采用16 QAM 每個(gè)相移都到代表一個(gè)4位組 因此數(shù)據(jù)速率是9600b s 7 4調(diào)制解調(diào)器 2 ITU T調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在 許多常用的調(diào)制解調(diào)器是基于ITU T發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn) 這些調(diào)制解調(diào)器可以分為兩組 一組是與貝爾系列調(diào)制解調(diào)器等價(jià)的 例如 V 21與貝爾調(diào)制解調(diào)器103系列類似 另一組則不同 與貝爾系列調(diào)制解調(diào)器相容的ITU T調(diào)制解調(diào)器以及相應(yīng)的貝爾系列在表7 6中 7 4調(diào)制解調(diào)器 2 ITU T調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn) 表7 6ITU T 貝爾系列的相容性 7 4調(diào)制解調(diào)器 2 ITU T調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)在貝爾系列中沒有對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的ITU T調(diào)制解調(diào)器在下面一一列出 圖7 25給出了它們的特性 1 V 22bis V 22bis表示這是V 22系列標(biāo)準(zhǔn)的第二代 bis是拉丁語 表示兩次的意思 V 22是一種雙速調(diào)制解調(diào)器 它可以在1200b s或者2400b s速率下工作 采用哪種速率由連接另一端的DCE設(shè)備決定 當(dāng)V 22bis從一個(gè)速率變?yōu)?400b s的調(diào)制解調(diào)器上接收數(shù)據(jù)時(shí) 它將以2400b s的速率工作以便相容 7 4調(diào)制解調(diào)器 2 ITU T調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn) 1 V 22bis 在1200b s模式下 V 22bis采用4 DPSK 雙位 調(diào)制技術(shù)在600波特的傳輸下工作 DPSK是指差分相移鍵控 也就是比特模式定義相位改變而不是當(dāng)前相位 表示4種不同比特組合的規(guī)則如下 0090 相位變化010 相位變化11相位變化10相位變化在2400b s模式下 V 22bis采用16 QAM 4位組 編碼 4位組中的低兩位仍采用1200b s模式下的差分調(diào)制 高兩位根據(jù)圖7 26中所示的星座圖來調(diào)制 7 4調(diào)制解調(diào)器 2 ITU T調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn) 1 V 22bis 圖7 26V 22的16 QAM星座 7 4調(diào)制解調(diào)器 2 ITU T調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn) 2 V 32 V 32是V 29 如表7 6所示 的增強(qiáng)版 采用了稱為網(wǎng)格編碼調(diào)制的組合調(diào)制和編碼技術(shù) 網(wǎng)格其實(shí)是QAM配置再加上冗余位 數(shù)據(jù)流被分成4位的片段 但是并不是4位組 而是一個(gè)5位組 5比特模式 被傳輸 額外一個(gè)比特的值由數(shù)據(jù)比特的值計(jì)算得到 在任意的QAM系統(tǒng)中 接收方將接收到的信號(hào)點(diǎn)與星座圖中的各點(diǎn)比較并選擇最接近的那一點(diǎn)所代表的比特值作為信號(hào)值 一個(gè)由于傳輸噪聲而發(fā)生畸變的信號(hào)所代表的值可能離另一個(gè)點(diǎn) 比所期望的點(diǎn) 更接近 導(dǎo)致信號(hào)點(diǎn)的錯(cuò)誤識(shí)別 接收數(shù)據(jù)錯(cuò)誤 星座圖中的各點(diǎn)位置越接近 傳輸噪聲越有可能造成信號(hào)的識(shí)別錯(cuò)誤 7 4調(diào)制解調(diào)器 2 ITU T調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn) 2 V 32 通過在每一個(gè)4位組上增加一個(gè)冗余比特 網(wǎng)格編碼調(diào)制技術(shù)增加了用來識(shí)別每一個(gè)比特模式的信息量以減少可能的匹配數(shù) 因此 在有噪聲的情況下網(wǎng)格編碼信號(hào)比一般正交調(diào)幅信號(hào)更不容易發(fā)生錯(cuò)誤 有一些生產(chǎn)與V 32相容的調(diào)制解調(diào)器的廠家采用網(wǎng)格以提供諸如檢錯(cuò)和糾錯(cuò)的功能 V 32采用2400波特的32 QAM編碼 由于5位組中只有4個(gè)比特代表數(shù)據(jù) 最后的數(shù)據(jù)速率是4 2400 9600b s 圖7 27所示為對(duì)應(yīng)的星座圖 V 32調(diào)制解調(diào)器可以在一種稱為偽雙工模式下采用雙線的雙絞線 偽雙工模式是基于回波消除技術(shù)的 7 4調(diào)制解調(diào)器 2 ITU T調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn) 2 V 32 圖7 27V 32星座圖 7 4調(diào)制解調(diào)器 2 ITU T調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn) 3 V 32bis V 32bis的調(diào)制解調(diào)器是一種提供14400b s