采用相關(guān)技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)？

調(diào)制解調(diào)器(Modem)是一種將計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為與電話網(wǎng)絡(luò)或其他接入網(wǎng)絡(luò)兼容的聲音信號，或者將話網(wǎng)絡(luò)或其他接入網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的聲音信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的設(shè)備。調(diào)制解調(diào)器是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中最基本的通信設(shè)備，它負(fù)責(zé)將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和電信網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行信息傳輸，也可以將不同信息傳輸媒體上的信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號的一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

調(diào)制解調(diào)器一般有網(wǎng)絡(luò)調(diào)制解調(diào)器、寬帶調(diào)制解調(diào)器、普通調(diào)制解調(diào)器，它們的工作原理是完全相同的，都是將電話公司的聲音信號轉(zhuǎn)換成可以傳輸?shù)接?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)字信號，把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成可以通過電話網(wǎng)絡(luò)傳送的聲音信號。

網(wǎng)絡(luò)調(diào)制解調(diào)器是現(xiàn)今最常用的一種調(diào)解器，它幾乎已經(jīng)取代普通調(diào)制解調(diào)器，其特點(diǎn)主要是可以將多部電話的信號通過一根線路傳送到服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)多人遠(yuǎn)程通信，并節(jié)約了時(shí)間和成本，為網(wǎng)絡(luò)用戶提供更高的效率。

寬帶調(diào)制解調(diào)器與網(wǎng)絡(luò)調(diào)制解調(diào)器有著很多相似性，但也有一些關(guān)鍵的區(qū)別，它可以在有限的帶寬擁有更寬的頻帶，并可以在短時(shí)間內(nèi)傳輸大量數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了高速網(wǎng)絡(luò)連接，網(wǎng)速比改良的網(wǎng)絡(luò)調(diào)制解調(diào)器快上幾倍，可以使計(jì)算機(jī)操作和網(wǎng)絡(luò)下載更加順暢。

由調(diào)制解調(diào)器的介紹可知，它對于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的重要性非常顯著，它可以將不同類型的信息傳輸介質(zhì)(如電話線和寬帶)的信息轉(zhuǎn)換成一種可以通過計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)識(shí)別的和處理的標(biāo)準(zhǔn)信號，為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供更大的便利。

調(diào)制器和解調(diào)器的縮寫。

1.調(diào)制解調(diào)器是調(diào)制器與解調(diào)器的簡稱，中文稱為調(diào)制解調(diào)器，通常我們把它叫作貓，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)通信所需的調(diào)制和解調(diào)功能的電子設(shè)備。調(diào)制解調(diào)器是把計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號翻譯成可沿普通電話線傳送的模擬信號，而這些模擬信號又可被線路另一端的另一個(gè)調(diào)制解調(diào)器接收，并譯成計(jì)算機(jī)可懂語言的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用硬件。也就是調(diào)制解調(diào)器就是用來轉(zhuǎn)換模擬信號和數(shù)字信號的工具。

2.解調(diào)器是從調(diào)制產(chǎn)生的振蕩或波中恢復(fù)原調(diào)制信號的器件。是用來恢復(fù)原調(diào)制信號的器件?？梢岳斫獬山邮战K端。一般將原始信息，轉(zhuǎn)變成用以發(fā)送出去的電信號、磁信號或者光信號的過程，叫作調(diào)制。而接收信號還原成數(shù)字或模擬信息的過程叫解調(diào)。

3.數(shù)據(jù)壓縮是指在不丟失信息的前提下，縮減數(shù)據(jù)量以減少存儲(chǔ)空間，提高其傳輸、存儲(chǔ)和處理效率的一種技術(shù)方法。也是數(shù)據(jù)壓縮協(xié)議計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上主機(jī)之間壓縮數(shù)據(jù)的一種服務(wù)協(xié)議，例如，如果我們將compression編碼為comp那么這篇文章可以用較少的數(shù)據(jù)位表示。常見的例子是ZIP文件格式，此格式不僅僅提供壓縮功能，還可作為歸檔工具Archiver，能夠?qū)⒃S多文件存儲(chǔ)到同一個(gè)文件中。也就是數(shù)據(jù)壓縮或者源編碼是按照特定的編碼機(jī)制用比未經(jīng)編碼少的數(shù)據(jù)比特表示信息的過程。

調(diào)制解調(diào)器的英文是modem，它的作用是模擬信號和數(shù)字信號的“翻譯員”。電子信號分兩種，一種是“模擬信號”，一種是“數(shù)字信號”。用戶使用的電話線路傳輸?shù)氖悄M信號，而pc機(jī)之間傳輸?shù)氖菙?shù)字信號。所以當(dāng)你想通過電話線把自己的電腦連入internet時(shí)，就必須使用調(diào)制解調(diào)器來“翻譯”兩種不同的信號。連入internet后，當(dāng)pc機(jī)向internet發(fā)送信息時(shí)，由于電話線傳輸?shù)氖悄M信號，所以必須要用調(diào)制解調(diào)器來把數(shù)字信號“翻譯”成模擬信號，才能傳送到internet，這個(gè)過程叫做“調(diào)制”。當(dāng)pc機(jī)從internet獲取信息時(shí)，由于通過電話線從internet傳來的信息都是模擬信號，所以pc機(jī)想要看懂它們，還必須借助調(diào)制解調(diào)器這個(gè)“翻譯”，這個(gè)過程叫做“解調(diào)”。總的來說就稱為“調(diào)制解調(diào)”。

但現(xiàn)有的調(diào)制解調(diào)器在應(yīng)用時(shí)均是隨意放置在地下，調(diào)制解調(diào)器本體直接與地面接觸，這樣導(dǎo)致了地面的濕氣會(huì)滲透到調(diào)制解調(diào)器內(nèi)。普通的調(diào)制解調(diào)器不具備計(jì)時(shí)功能，同時(shí)在連接過程中通常需要配置一個(gè)路由器才能達(dá)到多臺(tái)局域網(wǎng)絡(luò)使用，連接的信號不穩(wěn)定，使得使用者無法正常使用。

正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplex，OFDM)是目前已知的頻譜利用率較高的一種通信系統(tǒng)，它將數(shù)字調(diào)制、數(shù)字信號處理、多載波傳輸?shù)燃夹g(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，使得它在系統(tǒng)的頻譜利用率、功率利用率、系統(tǒng)復(fù)雜性方面綜合起來有很強(qiáng)的競爭力，是支持未來移動(dòng)通信特別是移動(dòng)多媒體通信的主要技術(shù)之一。在使用OFDM系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)成為關(guān)鍵。這里OFDM調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)選擇了TCM網(wǎng)格編碼調(diào)制(Trellis Coded Modulation)的方法，其特點(diǎn)是結(jié)合了時(shí)間和頻率的間插。TCM碼調(diào)制結(jié)合了卷積碼和十六進(jìn)制正交幅度調(diào)制從而達(dá)到一種高效編碼而對傳輸?shù)男盘柌划a(chǎn)生影響。在接收端，網(wǎng)格編碼通過維特比算法進(jìn)行譯碼。

1 OFDM基本原理

OFDM的基本原理就是把高速的數(shù)據(jù)流通過串/并變換，分配到傳輸速率相對較低的若干個(gè)相互正交的子信道中進(jìn)行傳輸。這樣一個(gè)OFDM符號內(nèi)就包含了多個(gè)經(jīng)過調(diào)制的子載波信號。每一個(gè)信號可以是子載波的相位調(diào)制，也可以是子載波幅度和相位的聯(lián)合調(diào)制，比如BPSK，QP-SK，16QAM等。圖1給出了OFDM系統(tǒng)基本模型的框圖。

2 TCM調(diào)制解調(diào)

2.1 TCM簡介

TCM技術(shù)是一種將編碼和調(diào)制結(jié)合在一起的技術(shù)。它與常規(guī)的非編碼多進(jìn)制調(diào)制相比具有較大的編碼增益且不降低頻帶利用率，所以特別適合限帶信道的信號傳輸。TCM系統(tǒng)使用冗余多進(jìn)制調(diào)制與一個(gè)有限狀態(tài)的網(wǎng)格編碼器相結(jié)合，由編碼器控制選擇調(diào)制信號，以產(chǎn)生編碼符號序列。在接收端，對帶有噪聲的信號用維特比軟判決譯碼解調(diào)。

2.2 集分割與網(wǎng)格描述

所謂集分割是將一信號集接連地分割成較小的子集，并使分割后的子集內(nèi)的最小空間距離得到最大增加。每一次分割都是將一較大信號集分割成較小的兩個(gè)子集，這樣可得到一個(gè)表示集分割的二叉樹。每經(jīng)過一級分割，子集數(shù)就加倍，而子集內(nèi)最小距離亦增加。

TCM技術(shù)以編碼序列的歐氏距離為調(diào)制設(shè)計(jì)的量度，就是使編碼器和調(diào)制器二者級聯(lián)后產(chǎn)生的編碼信號具有最大的歐氏距離。從信號空間角度來看，這種設(shè)計(jì)方法實(shí)際上是一種對信號空間的最佳分割。TCM的最佳譯碼就是在信道輸出端得到接收信號序列后，在網(wǎng)格圖上找尋正確路徑，正確路徑的尋找用維特比算法完成。由于噪聲的存在，最終選擇的路徑不可能完全與正確路徑重合，即偶爾會(huì)在n時(shí)刻偏離正確路徑，而在n+L時(shí)刻又與正確路徑重合。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)長為L的錯(cuò)誤事件。TCM的自由歐氏距離是任意一對形成錯(cuò)誤事件的兩條路徑間的最小歐氏距離，顯然與網(wǎng)格圖上信號路徑的最小跨度有關(guān)系。

2.3 Viterbi譯碼

網(wǎng)格碼的調(diào)制可采用Viterbi譯碼來實(shí)現(xiàn)。Viterbi譯碼算法是一種卷積碼的解碼算法。算法規(guī)定t時(shí)刻收到的數(shù)據(jù)都要進(jìn)行N次比較，就是N個(gè)狀態(tài)每條路有兩條分支，同時(shí)，跳轉(zhuǎn)到不同的兩個(gè)狀態(tài)中去，將兩條相應(yīng)的輸出和實(shí)際接收到的輸出比較，量度值大的拋棄，留下來的就叫做幸存路徑，將幸存路徑加上下一時(shí)刻幸存路徑的量度然后保存，這樣N條幸存路徑就增加了一步。在譯碼結(jié)束的時(shí)候，從N條幸存路徑中選出一條量度最小的，反推出這條幸存路徑，得出相應(yīng)的譯碼輸出。