为什么调制解调器会有不同的速度?

表达效果2022-06-24  23

为什么调制解调器会有不同的速度? 01

调制解调器的速度由发送方和接收方之间的媒介决定 mdash mdash这封信决定。
另一方面,在交流中,使用 信噪比 测量噪声对信号的影响。
信道的频率响应和信噪比是影响通信速度的重要参数。
在同一信道中,通信速度也与编码技术有关。

在选择调制解调器的时候,我们会注意到一个产品最重要的指标之一就是速度。
速度通常以每秒位数或每秒K(1K=1000)位来衡量。
例如,2K位/秒意味着调制解调器每秒可以传输2000位二进制数。
调制解调器越快,我们上网或交换文件就越方便。
大约20年前调制解调器刚问世时,速度是每秒300比特。
现在市面上常见的有33.6K bit/s和56K bit/s。
那么,调制解调器的速度是由什么决定的,未来是否会有所提高?

发送方和接收方之间的媒介可以实现最大的通信速度 mdash mdash这封信决定。
比如我们说话的时候,交流的速度取决于我们能说多快(每分钟几个音节),每个音节能表达多少意思。
如果房间里的回声很强,我们就不能说得太快,否则前后的声音会混在一起。
这种 Echo 效果用于交流 响应频率 来衡量。
另一方面,如果周围的噪音很大,我们无法再提高音量,那么就要避免使用发音相近的音节,以免被误解,降低了每个音节所能表达的意义。
在交流中,使用 信噪比 测量噪声对信号的影响。
信道的频率响应和信噪比是影响通信速度的重要参数。

当然,在同一信道中,通信速度也与使用的模式有关。
这种方法在通信中称为编码技术。
编码的质量直接影响通信的速度。

1948年,贝尔实验室的科学家香农创立了通信的数学理论,提出了根据信道的频率响应和信噪比计算传输速度极限的方法。
只有当传输速度低于这个限制时,我们才能无误地传输数据。
但是到目前为止,人们还没有找到达到这个极限的通用方法。
对于每一个具体的信道,我们都要找到一个合适的方法来纠正信号传输中的失真,通过编码来发现和纠正噪声带来的错误。
随着这些技术的不断完善,数据传输的速度也不断提高,从最初的300 bit/s到1200、2400、9600、14400、19200 bit/s等。
对于电话线来说,现在的33.6K/s已经很接近了 香农极限 走吧。

那么,怎样才能超越 香农极限 56 kbit/s的速度呢?这就利用了电话线的特殊性。
现在大部分电话网络都是数字的,用户的语音或者调制解调器的信号都是不断变化的电压,这种电压称为模拟信号。
一般情况下,通过普通电话线(称为本地环路)发送到电话分局。
在分公司的专用小交换机上,这些电压被转换成数字信号(称为量化),然后通过分公司之间的数字网络传输到接收方所在的分公司。
在那里,这些数字信号被还原成模拟信号,通过本地环路传输到接收机。
上面的量化过程不是很准确。
在电话系统中,每个模拟信号只量化成一个8位二进制数。
量化时,开关根据用户发送的模拟信号,发送与最接近的预设值对应的数字。
而最终接收者得到的就是这个默认值。
因此,用户实际发送的电话与交换机选择的预设值之间的差异就成为信道中的误差或噪声,称为量化噪声。
这种设计非常适合语音传输,但对于传统的调制解调器(33.6K kbit/s),量化噪声是信道噪声的主要来源,限制了调制解调器的最高速度。

56 kbit/s的技术就不一样了。
这项技术要求通信方直接访问数字电话网络。
通常这是互联网服务提供商(ISP)。
我们的用户通过本地环路接入电话网络。
在下行方向(从ISP到用户),发送方直接将数据发送到数字电话网,不进行量化,因此没有量化噪声。
用户的调制解调器只要根据接收到的模拟信号知道小交换机发送的是哪个预设值,就可以得到要接收的数据。
在上传方向(用户到ISP),还是需要量化,所以还是采用传统技术,最大速度31.2K/s.
由于大部分用户很少上传大文件,所以这种不对称的安排比较合适。

可以看出,我们之所以能在下行方向实现高速,是因为使用的信道和以前不一样了。
这并不违背香农的理论。
每个用户的电话网络容量是64 kbit/s,我们必须牺牲一些速度来补偿本地环路上的信道失真。56 kbit/s的速度几乎已经达到了这项技术的极限。

需要注意的是,56 kbit/s的速度并不是到处都能达到的,有很多因素会让我们无法达到最大速度。
通常情况下,能够达到40k比特/秒以上就不错了。

综上所述,调制解调器的速度已经接近电话系统的极限。
要进一步提高,还需要采用ISDN、DSL等技术。

还需要指出的是,调制解调器的标记速度并不等于实际的文件传输速度。
原因是,首先,调制解调器会根据线路质量自动选择最佳速度,而不是一直使用最高速度。
其次,网络的其他部分,如网速、ISP和被访问站点的负载、计算机和调制解调器之间的接口速度等,都会影响最终的传输速度。
另外,传输文件的可压缩性也是一个重要因素。

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