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一、引言

在通信領域中,協議(Protocol)指的是通信雙方應遵守的一套共同的技術規則或規范。

如果這套規則或規范被較多的用戶接受,便可以稱為標準(Standard)。

由某一生產廠家發明出一種新的技術,并應用這種技術生產出為較多的用戶接受的產品時,這種技術便成為一種標準,習慣上稱為工業標準。但并不排除別的廠家也研制出類似效果的其它技術,成為一種并行的工業標準。除工業標準外,國際電訊界的一個權威性組織CCITT(國際電話電報咨詢委員會,現已更名為ITU-TSS,即國際電訊聯盟技術標準部)頒布的一系列技術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,現今的modem產品往往支持多種技術標準,包括國際標準和工業標準。

Modem最基本的功能是調制和解調,近年來已發展出一系列技術標準;此外,現今的Modem產品為提高傳輸速度,大都還將壓縮和糾錯技術引入其中。本文主要介紹這兩個方面的技術標準。

二、調制解調技術的標準調制解調器的基本功能是在計算機提供的二進制數字信號與電話網支持的模擬信號之間進行轉換,使計算機可以利用電話網進行遠距離的數據通信。調制解調技術的核心就是如何在帶寬有限(≤4KHz)的電話信道中提高數字信息的傳輸速度,這個速度常以比特率,即每秒鐘傳輸的二進制位數(bitspersecond,簡寫為bps)來衡量。

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

此后,調制解調技術發展緩慢,直到70年代才出現第二個較有影響的Modem標準:AT&T的Bell212。Bell212采用調幅與調相結合的4-DPSK技術,實現了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仍將這兩項技術集成在產品中,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,調制解調技術進入了一個飛速發展的時期。首先是CCITTV.22bis(bis是法語“第二個”的意思)標準被大多數Modem廠家采用,它的16-QAM(12個相位角和4個調幅相的正交調制)調制技術實現了2400bps的傳輸速度。接下來,CCITT又頒布了采用32-TCM(格柵編碼調制)技術,可實現9600bps速度的V.32標準。盡管開始時有些廠家,如Hayes、Telebit和Motorola等,從技術壟斷的目的出發,推出了依靠自己專利技術實現的9600bps的Modem產品,但最終都統一到了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調制技術,可以實現最高14400bps的傳輸速度,并能根據線路質量的變化,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。

除了上述主流的調制解調標準外,還有一些適用于美式四線制電話和專用于傳真機的協議標準,如V.26bis、V.27bis、V.29、V.33等,在此不多介紹。主要的調制解調標準及其技術特征匯集于表1。

三、壓縮糾錯技術的協議標準

為了進一步提高Modem對數據的傳輸速度,除了上述對調制解調技術的不斷改進之外,數據壓縮技術也在近年來被引入Modem。糾錯技術則是隨著壓縮技術的采用而被引入的。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致解壓時一長串的數據錯誤。

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

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,現已很少采用。MNP3是面向比特的全雙工糾錯協議,它將Modem送來的異步格式的數據轉換成同步格式的幀,加上CRC檢錯碼,然后采用同步幀的檢錯和重發糾錯的方法進行處理。而MNP4則在MNP3的基礎上增加了自適應幀長的特性,進一步提高了傳輸效率,因而成為一種廣泛使用的Modem糾錯協議。MNP10是一個糾錯能力更強的協議,它適用于像蜂窩電話網(大哥大)這樣的噪音環境,但一般的Modem不支持這種協議。

1988年,CCITT開始介入Modem糾錯領域,頒布了V.42糾錯標準。V.42采用的糾錯技術稱為LAP-M(LinkAccessProcedureforModem),實際上是將X.25網的鏈路協議LAP-B引入Modem,實現類似的糾錯處理。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,則二者可以自動協商執行MNP4的糾錯處理。

在數據壓縮協議方面,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,即經壓縮后實現傳輸的數據量僅為原來的一半。MNP7在MNP5的基礎上更進了一步,增加了按“字符對”的出現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議。V.42bis采用自適應字典算法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。

如果傳輸的文件已經先作過壓縮(如用ARC、LHA、PKZIP),則最好不要在Modem中選用MNP壓縮協議。因為此時Modem的MNP壓縮不僅不能產生實際的壓縮效果,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的適應性比MNP5要好。如果可能,建議盡可能使Modem工作在V.42bis協議。

值得指出的是,壓縮技術與糾錯技術是緊密相關的,如果選擇了V.42bis壓縮協議,則Modem將自動啟用V.42糾錯協議;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議的主要特性。