采用相关技术如何实现调制解调器的设计？

调制解调器(Modem)是一种将计算机的数字信号转换为与电话网络或其他接入网络兼容的声音信号，或者将话网络或其他接入网络发出的声音信号转换为数字信号的设备。调制解调器是计算机网络应用中最基本的通信设备，它负责将计算机系统和电信网络之间进行信息传输，也可以将不同信息传输媒体上的信息转换成计算机可以识别的标准数字信号的一种网络设备。

调制解调器一般有网络调制解调器、宽带调制解调器、普通调制解调器，它们的工作原理是完全相同的，都是将电话公司的声音信号转换成可以传输到计算机网络上的数字信号，把计算机网络上的数字信号转换成可以通过电话网络传送的声音信号。

网络调制解调器是现今最常用的一种调解器，它几乎已经取代普通调制解调器，其特点主要是可以将多部电话的信号通过一根线路传送到服务器上，实现多人远程通信，并节约了时间和成本，为网络用户提供更高的效率。

宽带调制解调器与网络调制解调器有着很多相似性，但也有一些关键的区别，它可以在有限的带宽拥有更宽的频带，并可以在短时间内传输大量数据，从而实现了高速网络连接，网速比改良的网络调制解调器快上几倍，可以使计算机操作和网络下载更加顺畅。

由调制解调器的介绍可知，它对于计算机网络的重要性非常显著，它可以将不同类型的信息传输介质(如电话线和宽带)的信息转换成一种可以通过计算机互联网识别的和处理的标准信号，为网络应用提供更大的便利。

调制器和解调器的缩写。

1.调制解调器是调制器与解调器的简称，中文称为调制解调器，通常我们把它叫作猫，是一种能够实现通信所需的调制和解调功能的电子设备。调制解调器是把计算机的数字信号翻译成可沿普通电话线传送的模拟信号，而这些模拟信号又可被线路另一端的另一个调制解调器接收，并译成计算机可懂语言的网络应用硬件。也就是调制解调器就是用来转换模拟信号和数字信号的工具。

2.解调器是从调制产生的振荡或波中恢复原调制信号的器件。是用来恢复原调制信号的器件。可以理解成接收终端。一般将原始信息，转变成用以发送出去的电信号、磁信号或者光信号的过程，叫作调制。而接收信号还原成数字或模拟信息的过程叫解调。

3.数据压缩是指在不丢失信息的前提下，缩减数据量以减少存储空间，提高其传输、存储和处理效率的一种技术方法。也是数据压缩协议计算机网络上主机之间压缩数据的一种服务协议，例如，如果我们将compression编码为comp那么这篇文章可以用较少的数据位表示。常见的例子是ZIP文件格式，此格式不仅仅提供压缩功能，还可作为归档工具Archiver，能够将许多文件存储到同一个文件中。也就是数据压缩或者源编码是按照特定的编码机制用比未经编码少的数据比特表示信息的过程。

调制解调器的英文是modem，它的作用是模拟信号和数字信号的“翻译员”。电子信号分两种，一种是“模拟信号”，一种是“数字信号”。用户使用的电话线路传输的是模拟信号，而pc机之间传输的是数字信号。所以当你想通过电话线把自己的电脑连入internet时，就必须使用调制解调器来“翻译”两种不同的信号。连入internet后，当pc机向internet发送信息时，由于电话线传输的是模拟信号，所以必须要用调制解调器来把数字信号“翻译”成模拟信号，才能传送到internet，这个过程叫做“调制”。当pc机从internet获取信息时，由于通过电话线从internet传来的信息都是模拟信号，所以pc机想要看懂它们，还必须借助调制解调器这个“翻译”，这个过程叫做“解调”。总的来说就称为“调制解调”。

但现有的调制解调器在应用时均是随意放置在地下，调制解调器本体直接与地面接触，这样导致了地面的湿气会渗透到调制解调器内。普通的调制解调器不具备计时功能，同时在连接过程中通常需要配置一个路由器才能达到多台局域网络使用，连接的信号不稳定，使得使用者无法正常使用。

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplex，OFDM)是目前已知的频谱利用率较高的一种通信系统，它将数字调制、数字信号处理、多载波传输等技术有机结合在一起，使得它在系统的频谱利用率、功率利用率、系统复杂性方面综合起来有很强的竞争力，是支持未来移动通信特别是移动多媒体通信的主要技术之一。在使用OFDM系统进行数据传输时，调制解调器的设计成为关键。这里OFDM调制解调器的设计选择了TCM网格编码调制(Trellis Coded Modulation)的方法，其特点是结合了时间和频率的间插。TCM码调制结合了卷积码和十六进制正交幅度调制从而达到一种高效编码而对传输的信号不产生影响。在接收端，网格编码通过维特比算法进行译码。

1 OFDM基本原理

OFDM的基本原理就是把高速的数据流通过串/并变换，分配到传输速率相对较低的若干个相互正交的子信道中进行传输。这样一个OFDM符号内就包含了多个经过调制的子载波信号。每一个信号可以是子载波的相位调制，也可以是子载波幅度和相位的联合调制，比如BPSK，QP-SK，16QAM等。图1给出了OFDM系统基本模型的框图。

2 TCM调制解调

2.1 TCM简介

TCM技术是一种将编码和调制结合在一起的技术。它与常规的非编码多进制调制相比具有较大的编码增益且不降低频带利用率，所以特别适合限带信道的信号传输。TCM系统使用冗余多进制调制与一个有限状态的网格编码器相结合，由编码器控制选择调制信号，以产生编码符号序列。在接收端，对带有噪声的信号用维特比软判决译码解调。

2.2 集分割与网格描述

所谓集分割是将一信号集接连地分割成较小的子集，并使分割后的子集内的最小空间距离得到最大增加。每一次分割都是将一较大信号集分割成较小的两个子集，这样可得到一个表示集分割的二叉树。每经过一级分割，子集数就加倍，而子集内最小距离亦增加。

TCM技术以编码序列的欧氏距离为调制设计的量度，就是使编码器和调制器二者级联后产生的编码信号具有最大的欧氏距离。从信号空间角度来看，这种设计方法实际上是一种对信号空间的最佳分割。TCM的最佳译码就是在信道输出端得到接收信号序列后，在网格图上找寻正确路径，正确路径的寻找用维特比算法完成。由于噪声的存在，最终选择的路径不可能完全与正确路径重合，即偶尔会在n时刻偏离正确路径，而在n+L时刻又与正确路径重合。当这种情况发生时，就产生一个长为L的错误事件。TCM的自由欧氏距离是任意一对形成错误事件的两条路径间的最小欧氏距离，显然与网格图上信号路径的最小跨度有关系。

2.3 Viterbi译码

网格码的调制可采用Viterbi译码来实现。Viterbi译码算法是一种卷积码的解码算法。算法规定t时刻收到的数据都要进行N次比较，就是N个状态每条路有两条分支，同时，跳转到不同的两个状态中去，将两条相应的输出和实际接收到的输出比较，量度值大的抛弃，留下来的就叫做幸存路径，将幸存路径加上下一时刻幸存路径的量度然后保存，这样N条幸存路径就增加了一步。在译码结束的时候，从N条幸存路径中选出一条量度最小的，反推出这条幸存路径，得出相应的译码输出。