1、第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),本章主要介紹數(shù)據(jù)通信的基本概念、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、多路復(fù)用技術(shù)、數(shù)據(jù)交換技術(shù)及差錯控制技術(shù),2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成 數(shù)據(jù)通信的幾個基本概念 模擬傳輸和數(shù)字傳輸 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo),2.1.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成,1、通信系統(tǒng)的基本模型,信息源和輸入轉(zhuǎn)換器,發(fā)送設(shè)備,接收設(shè)備,信道,輸出轉(zhuǎn)換器和受信者,噪聲,2.1.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成,2、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成,數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備,傳輸信道,主機,數(shù)據(jù)終端設(shè)備 DTE,傳輸控制器,數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備,數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備,傳輸控制器,計算機系統(tǒng),接口,接口,數(shù)據(jù)電路,數(shù)據(jù)鏈路,DCE,DCE,2.

2、1.2 數(shù)據(jù)通信的幾個基本概念,1、信號頻帶及頻譜分析 （1）周期信號 信號的周期就是信號完成一個循環(huán)所需要的時間。 信號周期 = p 信號的頻率 = f 信號每秒振蕩的周期數(shù)。其量度單位是周期每秒，即赫茲(Hz)。 頻率和周期的關(guān)系式是：f=1/p,2.1.2 數(shù)據(jù)通信的幾個基本概念,1、信號頻帶及頻譜分析 （2）周期性非正弦信號的傅氏級數(shù)及頻譜特性,現(xiàn)在給出一個數(shù)學(xué)描述。假設(shè)s(t)是一個周期為P的周期函數(shù)。依據(jù)傅立葉變換的其中一種形式：,2.1.2 數(shù)據(jù)通信的幾個基本概念,1、信號頻帶及頻譜分析 （2）周期性非正弦信號的傅氏級數(shù)及頻譜特性,（還有其他的形式，但這種更適合我們這里的需要。）

3、 其中的系數(shù)ai和bi被定義為:,2.1.2 數(shù)據(jù)通信的幾個基本概念,傅立葉變換: 能解釋各種不同的通信媒體的局限性。 每一個周期信號都是具有不同的頻率和振幅的模擬信號的疊加。 由傅立葉變換得出一個結(jié)論： 媒體發(fā)送和分解一個模擬信號的能力取決于它能夠處理的頻率的范圍（帶寬）。,2.1.2,我們來看一個列子，令s(t)為:,這是一個周期為2的方波。,t,s(t),1,-1,2p,3p,4p,p,6p,5p,7p,8p,2.4.2 模擬信號,1. 傅立葉變換,因為它是一個周期函數(shù)（周期為2p），所以可以把它寫成一個傅立葉級數(shù)。在這里，所有的常量ai(i0 )都為0。常量bi定義為,我們用微積分算出

4、這些結(jié)果。由它可以把周期函數(shù)寫成,2.4.2,右圖分別給出了具有1、3、5、11和21個項的近似值的曲線圖。如圖所示，只有幾個項的近似值與原函數(shù)相差很遠。但隨著項的個數(shù)的增多，每個時間間隔內(nèi)的曲線將更加平滑，在1和-1之間的跳變也更加快速。,2.1.2,傅立葉變換是學(xué)習(xí)通信的基礎(chǔ)。 在一個帶寬有限的媒體上傳送一個復(fù)雜的模擬信號就和用傅立葉級數(shù)來近似一個函數(shù)一樣。,高保真音響 30Hz到2000030000Hz,普通電話機 300Hz3300Hz,30Hz300Hz,3300Hz30000Hz,2.4.2,傅立葉變換的應(yīng)用,傅立葉變換也可以應(yīng)用于硬件的設(shè)計。 比如，一個濾波器（Filter）可以

5、擋住某一頻率，而讓其他的頻率通過。它有非常廣泛的應(yīng)用。,1K 2K 3K 4K 5K 6K 7K 8K 9K 10K 11K 12K 13K 14K 15K 16K 17K,2.1.2 數(shù)據(jù)通信的幾個基本概念,1、信號頻帶及頻譜分析 （3）非周期性信號的頻譜特性,非周期性信號可以看成是P周期信號：頻譜無限密集，其頻譜變?yōu)檫B續(xù)頻譜。,2.1.2 數(shù)據(jù)通信的幾個基本概念,1、信號頻帶及頻譜分析 （4）信號的頻帶,由于諧波振幅具有收斂性，所以次數(shù)過高的諧波分量非常小，對于一個信號并沒有什么意義。對于一個信號，從零頻開始到需要考慮的最高頻率分量之間的頻率范圍稱為信號的帶寬。,2.1.2 數(shù)據(jù)通信的幾個

6、基本概念,1、信號頻帶及頻譜分析 （5）二進制數(shù)字信號的頻譜特性,信號帶寬=1/信號代碼寬度,2.1.2 數(shù)據(jù)通信的幾個基本概念,1、信號頻帶及頻譜分析 （6）信號時間特性和頻率特性間的關(guān)系,信號周期T減小，譜線間隔就會變大，譜線占有頻率范圍變大，信號頻帶就會增加，反之亦然。,2.1.2 數(shù)據(jù)通信的幾個基本概念,2、數(shù)據(jù)信號 （1）模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),模擬數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)的狀態(tài)是連續(xù)變化和不可數(shù)的。 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：數(shù)據(jù)的狀態(tài)是離散和可數(shù)的。,2.1.2 數(shù)據(jù)通信的幾個基本概念,2、數(shù)據(jù)信號 （2）模擬信號與數(shù)字信號,模擬信號：電信號的參量對應(yīng)于模擬數(shù)據(jù)而取連續(xù)值。 數(shù)字信號：電信號的參量對應(yīng)于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)而

7、取離散值。,2.1.2 數(shù)據(jù)通信的幾個基本概念,2、數(shù)據(jù)信號 （3）模擬通信與數(shù)字通信,模擬信號：傳輸模擬信號的通信方式。 數(shù)字信號：傳輸數(shù)字信號的通信方式。 數(shù)字通信相對于模擬通信有如下優(yōu)點：抗干擾能力強、差錯可以控制、易于實現(xiàn)保密通信。,2.1.3 模擬傳輸和數(shù)字傳輸,在將數(shù)據(jù)從信源送到信宿的過程中，必須對數(shù)據(jù)的性質(zhì)和用來傳輸數(shù)據(jù)的信號進行區(qū)分。,數(shù)據(jù)的性質(zhì),模擬數(shù)據(jù),數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),信號的傳播方式,數(shù)字信號,模擬信號,2.1.3 模擬傳輸和數(shù)字傳輸,1、模擬數(shù)據(jù)的模擬信號傳輸 一般使用基帶傳輸或調(diào)制后用頻帶傳輸?shù)姆绞健?例子：普通電話。,2.1.3 模擬傳輸和數(shù)字傳輸,2、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號傳

8、輸 調(diào)制后傳輸。通常有三種基本的模式： 移幅鍵控（Amplitude Shift Keying, ASK） 移頻鍵控（Frequency Shift Keying, FSK） 移相鍵控（Phase Shift Keying, PSK）,2.1.3,移幅鍵控（Amplitude Shift Keying, ASK），也叫調(diào)幅（Amplitude Modulation,AM）。正如你可能猜到的一樣，區(qū)別只在于這里的每一個比特組對應(yīng)于一個給定大小的模擬信號。和FSK一樣，每個比特組可以包含一個或多個比特位，這將決定比特率和波特率之間的關(guān)系。,調(diào)幅調(diào)制,為了說明問題，假設(shè)設(shè)定四個大小級別： A1，A2

9、，A3和A4。這些大小級別和兩個比特位的對應(yīng)關(guān)系如表所示。右圖給出了比特串00110110所對應(yīng)的模擬信號。在這里，比特率是波特率的兩倍。兩個比特位的每一個組合（從左向右）對應(yīng)一個適當(dāng)大小的信號。同頻移鍵控一樣，每個信號的持續(xù)周期是固定不變的。,2.1.3,第一種方法稱為頻移鍵控（Frequency Shift Keying, FSK），也叫頻率調(diào)制（Frequency Modulation, FM），它給數(shù)字0和1分別分配一個模擬信號頻率。比如，假設(shè)0對應(yīng)一個較高的頻率，而1對應(yīng)一個較低的頻率，那么比特串0 1 0 0 1所對應(yīng)的模擬信號如圖所示。調(diào)制解調(diào)器在一個指定的時間周期內(nèi)傳輸一個適當(dāng)

10、頻率的信號。 只使用兩個頻率意味著信號每變化一次，就發(fā)送一個比特位的數(shù)據(jù)。這是波特率（信號改變的頻率）和比特率相等的一個特例。頻率調(diào)制也可以使用更多的頻率。比如說，因為兩個比特位就有四個可能的組合，所以可以為這四個組合分別分配一個頻率。這樣，每個頻率變化將傳送兩個比特位的數(shù)據(jù)；也就是說，比特率將是波特率的兩倍。 一般而言，n個比特位可以有2n 個組合，每一個組合可以對應(yīng)2n個頻率中的一個。這樣的話，比特率就是波特率的n倍。,頻率調(diào)制,頻移鍵控(兩種頻率)，每波特一比特,2.1.3,相移鍵控（Phase Shift Keying, PSK），也叫相位調(diào)制（Phase Modulation, PM

11、），也是和前面類似的一種技術(shù)。信號的差異在于相移，而不是頻率或振幅。通常，一個信號的相移是相對于前一個信號而言的。因此，它也經(jīng)常被人們稱為差分相移鍵控（Differential Phase Shift Keying,DPSK）。如前所述，n個比特位的每一個組合可以對應(yīng)于2n個相移中的一個，從而使比特率n倍于波特率。,相位調(diào)制,為了說明問題，假設(shè)設(shè)定四個大小級別的相移： K1，K2，K3和K4。這些大小級別和兩個比特位的對應(yīng)關(guān)系如表所示。,2.1.3 模擬傳輸和數(shù)字傳輸,3、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號傳輸 單極性編碼 雙極性編碼 曼徹斯特編碼 差分曼徹斯特編碼,2.1.3 模擬傳輸和數(shù)字傳輸,3、數(shù)字?jǐn)?shù)

12、據(jù)的數(shù)字信號傳輸 （1）、單極性編碼 0電平 = 0 高電平 = 1 a)單極性不歸零： b)單極性歸零：每一個1之后用零電平來分隔,2.1.3 模擬傳輸和數(shù)字傳輸,3、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號傳輸 （2）、雙極性編碼 負電平 = 1 高電平 = 0 a)雙極性不歸零：非負即正，不會出現(xiàn)0電平。 b)雙極性歸零：正電平和負電平之間用零電平來分隔。,2.1.3 模擬傳輸和數(shù)字傳輸,3、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號傳輸 （3）曼徹斯特編碼與差分曼徹斯特編碼,2.1.3,曼徹斯特編碼（Manchester Code）用信號的變化來保持發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間的同步。也有人稱之為自同步碼（Self-Synchroniz

13、ing Code）。它用電壓的變化來分辨0和1。它明確規(guī)定，從高電平到低電平的跳變代表0，而從低電平到高電平的跳變代表1。,曼徹斯特編碼,0 1 0 1 1 0 0 1,2.1.3,差分曼徹斯特編碼（Differential Manchester Encoding）。和曼徹斯特編碼一樣，在每個比特時間間隔的中間，信號都會發(fā)生跳變。區(qū)別在于每個時間間隔的開始處。,差分曼徹斯特編碼,1 0 1 0 0 1 1 0,傳輸開始時的電平信號,T：1比特的持續(xù)時間,T：1比特的持續(xù)時間,高電平,低電平,時間,2.1.3 模擬傳輸和數(shù)字傳輸,4、模擬信號的數(shù)字信號傳輸 脈沖幅度調(diào)制: Pulse Ampli

14、tude Modulation, PAM 脈碼調(diào)制: Pulse Code Modulation, PCM,2.1.3,使脈沖真正數(shù)字化的一種方法是為采樣信號分配一個預(yù)先確定的振幅。這種處理方法稱為脈碼調(diào)制（Pulse Code Modulation, PCM）。舉例來說，假設(shè)將整個振幅范圍劃分成2n個振幅，并讓每一個振幅對應(yīng)一個n比特的二進制數(shù)。下圖給出了劃分成八個值時的結(jié)果（n= 3）,脈碼調(diào)制PCM,2.1.3,一項應(yīng)用是光盤（CD）技術(shù)。CD上的音樂是應(yīng)用PCM光學(xué)編碼成數(shù)字格式的。然而，為了保留高品質(zhì)的音響效果，PCM編碼必須采用較高的頻率，并為每個脈沖分配較多的比特位。實際的數(shù)值隨

15、具體的設(shè)備而定。比如，翻閱一臺CD播放器的用戶手冊，可以找到下面的技術(shù)參數(shù)： 采樣頻率：44.1kHz D-A轉(zhuǎn)換：16比特線性 正如你可能想到的一樣，所謂的D-A即數(shù)字到模擬。16個比特允許大約216=65536=64K個采樣振幅。每秒采樣44000次左右，是2Hz到22000Hz的頻率響應(yīng)范圍的兩倍多一點。術(shù)語線性指脈沖振幅是均勻分布的。 （某些情況下，振幅并不是均勻分布的。脈沖的振幅集中分布在取值出現(xiàn)的可能性較大的區(qū)域。這種稱為壓縮擴展的不均勻分布能夠在不增加每個采樣的比特位的情況下提高語音質(zhì)量。）,脈碼調(diào)制PCM的應(yīng)用,2.1.4 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo),有效性：消息的傳輸速度； 可靠

16、性：消息的傳輸質(zhì)量； 適應(yīng)性：環(huán)境使用條件； 標(biāo)準(zhǔn)性：通信元件的標(biāo)準(zhǔn)互換性； 經(jīng)濟性：成本高低； 使用維修：是否方便。,2.1.4 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo),1、有效性指標(biāo) （1）碼元速率：每單位時間秒內(nèi)信號碼元變化的次數(shù)。 單位：波特率,2.1.4 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo),1、有效性指標(biāo) （2）信息速率：每單位時間秒內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號量。 單位：比特率（bit/s) 信息速率=碼元速率*log2N(bit/s) 其中：N為碼元個數(shù)。,2.1.4 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo),1、有效性指標(biāo) （3）功率利用率：在保證系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的條件下，系統(tǒng)所需要的最低歸一化信噪比定義為系統(tǒng)的功率利用率。,2.1.4

17、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo),2、可靠性指標(biāo) （1）誤碼率： Pe = lim ne/n n n :系統(tǒng)在一定時間內(nèi)傳輸?shù)目偟拇a元數(shù)； ne :在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的差錯碼元數(shù)。,2.1.4 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo),2、可靠性指標(biāo) （2）誤比特率： Pb = lim nb/n n n : 系統(tǒng)在一定時間內(nèi)傳輸?shù)目偟谋忍財?shù)； nb : 在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的差錯比特數(shù)。,2.2 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),傳輸介質(zhì)與信道容量 數(shù)據(jù)信號的傳輸方式 數(shù)據(jù)信號的通信方式,2.2.1 傳輸介質(zhì)與信道容量,1、傳輸介質(zhì) 共有三種類型的傳輸媒體，每一種類型都有許多品種。 第一種媒體是銅、鐵等金屬導(dǎo)體。我們將介紹如何利用導(dǎo)線電流傳輸數(shù)據(jù)

18、。 第二種媒體是透明玻璃或塑膠繩，它們可以通過光波實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。 第三種類型的媒體根本不需要物理連接，而是依靠電磁波，正如無線電視和無線電廣播一樣。,2.2.1 傳輸介質(zhì)與信道容量,1、傳輸介質(zhì) （1）雙絞線: 按傳輸質(zhì)量分：1、2、3、4、5、6類 按對數(shù)：2對到 1800對之間； 傳送距離：語音：1.5公里 數(shù)字：100米 速度：日前在100M左右，超五類和六類雙絞線可達1000M,2.2.1 傳輸介質(zhì)與信道容量,雙絞線通常用于傳輸平衡信號。也就是說，每條導(dǎo)線都帶有電流，但它們分別攜帶的信號的相位相差180度。,V,t,2.2.1 傳輸介質(zhì)與信道容量,1、傳輸介質(zhì) （2）同軸電纜: 按型號

19、分： RG-8或RG-11（50歐）- 粗纜 RG-58-59/U或C/U（ 50歐）- 細纜 RG-59（75歐）- CATV 電纜 RG-62 （93歐）- ARCnet與IBM3279系統(tǒng)使用 傳送距離：細纜：無中繼180m，有中繼925m 粗纜：無中繼承500m，有中繼2500m 速度：標(biāo)準(zhǔn)10M，理論上可達600M。,2.2.1 傳輸介質(zhì)與信道容量,1、傳輸介質(zhì) （3）光纖: 一、用光線來傳傳輸信號 二、光纖不受電子噪音的干擾，并具有巨大的信息傳輸容量。 三、光纖很細（0.85um,1.3um,1.55um),2.2.1 傳輸介質(zhì)與信道容量,1、傳輸介質(zhì) （3）光纖: （一）按照制造

20、光纖所用的材料分：石英系光纖、多組分玻璃光纖、塑料包層石英芯光纖、全塑料光纖和氟化物光纖。（二）按光在光纖中的傳輸模式分：單模光纖和多模光纖。 （三）按最佳傳輸頻率窗口分：常規(guī)型單模光纖和色散位移型單模光纖。,2.2.1 傳輸介質(zhì)與信道容量,1、傳輸介質(zhì) （3）光纖: （四）按折射率分布情況分：階躍型和漸變型光纖。 （五）按光纖的工作波長分：短波長光纖、長波長光纖和超長波長光纖。 短波長光纖是指0.80.9m的光纖；長波長光纖是指1.01.7m的光纖；而超長波長光纖則是指2m以上的光纖。,2.2.1 傳輸介質(zhì)與信道容量,1、傳輸介質(zhì) （4）微波: 無線電波：頻率在1GHz 到20GHz之間 無

21、中繼傳輸距離：30KM到50KM之間 速度：標(biāo)準(zhǔn)10M，理論上可達600M。,2.2.1 傳輸介質(zhì)與信道容量,1、傳輸介質(zhì) （4）衛(wèi)星: 同步衛(wèi)星：赤道上空36000公里。 低軌道衛(wèi)星：地球上空400公里以上。 遠距離傳輸較微波傳輸有優(yōu)勢。,2.2.1 傳輸介質(zhì)與信道容量,2、信道噪聲 （1）噪聲分類:（按來源分） 自然噪聲：雷電、宇宙中的星體幅射 人為噪聲：各鄰近的電氣設(shè)備的干擾 電路噪聲：半導(dǎo)體器件內(nèi)部的散彈噪聲和電阻內(nèi) 的熱噪聲等。,2.2.1 傳輸介質(zhì)與信道容量,2、信道噪聲 （1）噪聲分類:（按噪聲的持續(xù)時間長短分） 脈沖型噪聲：如雷電的瞬間干擾； 連續(xù)型噪聲：如電阻內(nèi)的熱噪聲。,2

22、.2.1 傳輸介質(zhì)與信道容量,2、信道噪聲 （1）噪聲分類:（按噪聲功率譜密度分） 白噪聲：功率譜密度在無窮的頻譜范圍內(nèi)為常數(shù) 有色噪聲：功率的譜密度不為常數(shù)。,2.2.1 傳輸介質(zhì)與信道容量,2、信道噪聲 （1）噪聲分類:（按噪聲對信號的作用方式分） 加性噪聲：噪聲效果 = S(t)+N(t) 乘性噪聲：噪聲效果 = S(t)*N(t),2.2.1 傳輸介質(zhì)與信道容量,2、信道噪聲 （1）噪聲分類:（按噪聲瞬時幅度值的概率分布分） 高斯噪聲：噪聲瞬時幅度值服從高斯概率分布； 瑞利噪聲：噪聲瞬時幅度值服從瑞利概率分布；,2.2.1 傳輸介質(zhì)與信道容量,2、信道噪聲 （2）起伏噪聲 起伏噪聲有散

23、彈噪聲、熱噪聲和宇宙噪聲。,2.2.1 傳輸介質(zhì)與信道容量,3、信道容量 信道容量是一個理想的極限值，它指對一個給定的信道，在傳輸差錯率趨于零情況下，信道在單位時間內(nèi)可能傳輸?shù)淖畲笮畔⒘俊?2.2.1 傳輸介質(zhì)與信道容量,3、信道容量 （1）奈奎斯特定理,C=2W（波特率）=2Wlog2N(bit/s) W:信道帶寬； N:碼元個數(shù)。,2.2.1 傳輸介質(zhì)與信道容量,3、信道容量 （2）香農(nóng)公式,20世紀(jì)40年代，Claude Shannon超越了尼奎斯特的理論，對噪聲通道作了深入的研究。他把最大的數(shù)據(jù)速率和頻率，以及信噪比聯(lián)系在一起。他明確地指出: 比特率（理論上的最大數(shù)據(jù)傳送率）=帶寬lo

24、g2（1S/N）bps 這一公式表明帶寬和信噪比越大，比特率就越高。但如果噪聲的功率增大的話，允許的比特率將下降。這一關(guān)系式意味著如果信噪比太小的話，噪聲將導(dǎo)致兩個不同的信號無法被分辨出來。,2.2.1,信噪比,電子工程學(xué)用一個稱為信噪比（Signal-to-Noise Ratio）的參數(shù)來量化信號中存在的噪聲。我們把它定義為S/N，這里的S代表信號能量，而N則代表噪聲能量。信噪比大意味著信號清楚；而信噪比小則意味著畸變比較嚴(yán)重。在高保真設(shè)備中，高信噪比意味著音質(zhì)的提高。由于S通常要比N大得多，所以信噪比一般采用較大的單位，它表示為： B=log10 (S/N）貝爾 (這里，貝爾是量度單位。)

25、 因此，如果S為N的十倍（S=10N），則B=log10(10N/N)=1貝爾。 類似地，S=100N時為2貝爾，S=1000N時為3貝爾，依此類推。,2.2.1,香農(nóng)定理的應(yīng)用,再舉一個例子來說明在電話線上傳送數(shù)據(jù)的實際上限。電話系統(tǒng)的帶寬將近3000Hz，信噪比大約為35dB，即3.5貝爾。由此可得3.5=log10(S/N)，即S=103.5N3162N。將這些值代入香農(nóng)定理： 比特率=帶寬log2(1+S/N)=3000log2(1+3162)bps 300011.63bps34880bps 作為最后的注釋，必須強調(diào)一點：這并不是一個對網(wǎng)絡(luò)用戶和消費者意義不大的純理論的定理。特別是對于

26、使用調(diào)制解調(diào)器的用戶，它有著實際的意義。在上世紀(jì)80年代，2400bps和9600bps的調(diào)制解調(diào)器被廣泛地使用，更高速率的調(diào)制解調(diào)器不是沒有，但價格昂貴。到了上世紀(jì)90年代，調(diào)制解調(diào)器的速率達到了28.8 kbps和33.6kbps。但根據(jù)香農(nóng)定理，35000bps左右的比特率將是常規(guī)調(diào)制解調(diào)器的上限。,2.2.2 數(shù)據(jù)信號的傳輸方式,傳輸方式（Transmission Mode）定義了比特組合從一個設(shè)備傳到另一個設(shè)備的方式。 串行傳輸和并行傳輸 異步傳輸和同步傳輸 基帶傳輸和頻帶傳輸,2.2.2 數(shù)據(jù)信號的傳輸方式,1、串行傳輸和并行傳輸 (1):串行傳輸,設(shè) 備 1,設(shè) 備 2,0,0,

27、1,1,0,1,1,0,2.2.2 數(shù)據(jù)信號的傳輸方式,1、串行傳輸和并行傳輸 (2):并行傳輸 局限性 1：成本因素 2：工程因素 3：同步因素,設(shè)備1,設(shè)備2,2.2.2 數(shù)據(jù)信號的傳輸方式,2、異步傳輸和同步傳輸 有兩種提供串行通信的方法：異步傳輸和同步傳輸。,2.2.2 數(shù)據(jù)信號的傳輸方式,2、異步傳輸和同步傳輸 （1）異步傳輸（Asynchronous Transmission)： 指比特被劃分成小組獨立傳送。發(fā)送方可以在任何時刻發(fā)送這些比特組，而接收方從不知道它們會在什么時候到達。,2.2.2 數(shù)據(jù)信號的傳輸方式,2、異步傳輸和同步傳輸 （1）異步傳輸（Asynchronous T

28、ransmission)： 指比特被劃分成小組獨立傳送。發(fā)送方可以在任何時刻發(fā)送這些比特組，而接收方從不知道它們會在什么時候到達。,設(shè) 備 1,設(shè) 備 2,2.2.2,異步傳輸,1100011000,1010011000,1110011000,停止位,停止位,停止位,開始位,開始位,開始位,數(shù)字1,數(shù)字2,數(shù)字3,兩次傳輸?shù)臅r間間隔,00110001對應(yīng)數(shù)字1 00110010對應(yīng)數(shù)字2 00110011對應(yīng)數(shù)字3,2.2.2,異步傳輸被設(shè)計用于低速設(shè)備，比如鍵盤和某些打印機等。另外，它的開銷也比較多。在上面的例子中，每個比特就多傳送兩個比特。這樣，總的傳輸負載就增加25%。,異步傳輸,110

29、0011000,1010011000,1110011000,停止位,停止位,停止位,開始位,開始位,開始位,數(shù)字1,數(shù)字2,數(shù)字3,兩次傳輸?shù)臅r間間隔,2.2.2 數(shù)據(jù)信號的傳輸方式,2、異步傳輸和同步傳輸 （2）同步傳輸（Synchronous Transmission）的比特分組要大得多。它不是獨立地發(fā)送每個字符，而是把它們組合起來一起發(fā)送。我們稱這些組合為數(shù)據(jù)幀，或簡稱為幀。 數(shù)據(jù)幀的具體組織形式隨協(xié)議而定，后面我們將進一步介紹。數(shù)據(jù)幀有許多公共的特征。下圖顯示了一個數(shù)據(jù)幀的一般組織形式。方向是從右向左,同步傳輸,syn=同步位 control=控制位 data=數(shù)據(jù)位 error=錯誤

30、檢測位 end=幀結(jié)束位,數(shù)據(jù)幀,2.2.2 數(shù)據(jù)信號的傳輸方式,2、異步傳輸和同步傳輸 （2）同步傳輸,同步字符（SYN Character）:它是一個獨特的比特組合，用于通知接收方一個幀已經(jīng)到達。 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。 數(shù)據(jù)的實際字節(jié)數(shù)。 序列號。它用于有很多幀被傳送出去，但由于某種原因無法按順序到 達目的地的情況。接收方使用序列號對幀進行重組。 幀類型，隨協(xié)議而定。后面將對某些幀類型作詳細的討論。 數(shù)據(jù)位:定義了要發(fā)送的信息。 錯誤檢查位:被用來檢測或校正傳輸錯誤。 幀結(jié)束標(biāo)記。和SYN字符一樣，它是一個獨特的比特串

31、，用于表示沒有別的即將到達的比特了（至少在下一幀開始之前）,syn=同步位 control=控制位 data=數(shù)據(jù)位 error=錯誤檢測位 end=幀結(jié)束位,2.2.2 數(shù)據(jù)信號的傳輸方式,2、基帶傳輸和頻帶傳輸 （1）基帶傳輸 基帶傳輸是指在信道上直接傳輸基帶信號的方式。所謂基帶信號是指由數(shù)據(jù)或消息直接轉(zhuǎn)換成的原始電信號，基帶傳輸主要用于短距離或有線電系統(tǒng)中。,基帶信號輸入,信道信號形成器,濾波器,信道,抽樣判決器,噪聲源,基帶信號輸出,2.2.2 數(shù)據(jù)信號的傳輸方式,2、基帶傳輸和頻帶傳輸 （1）頻帶傳輸 頻帶傳輸是包括調(diào)制解調(diào)過程的傳輸系統(tǒng)。有時也把用模擬信道傳輸數(shù)據(jù)信號的方法稱為頻帶

32、傳輸。它主要用于長距離或無線電系統(tǒng)中。,基帶信號輸入,調(diào)制器,解調(diào)器,信道,噪聲源,基帶信號輸出,2.2.3 數(shù)據(jù)信號的通信方式,（1）單工通信 在單工方式中，通信是單向進行的，就象是單行道。一條鏈路的兩個站點中只有一個可以進行傳輸，另一個只能接收。,單工通信,設(shè)備1,設(shè)備2,通信只在一個方向上進行,2.2.3 數(shù)據(jù)信號的通信方式,（2）半雙工通信在半雙工方式下，每個站點都可以發(fā)送和接收，但是不能同時發(fā)送和接收。當(dāng)其中一個設(shè)備在發(fā)送時，另一個只能接收，反之亦然。,設(shè)備1,設(shè)備2,這樣的設(shè)備可以發(fā)送和接收，但必須輪流進行,2.2.3 數(shù)據(jù)信號的通信方式,（3）全雙工通信 在全雙工方式中(也叫雙工

33、方式)，兩個站點同時都可以進行發(fā)送和接收。,全雙工通信,設(shè)備1,設(shè)備2,2.3 多路復(fù)用技術(shù),多路復(fù)用（MUX）這一術(shù)語來源于拉丁詞multi（許多）和plex（混合）。多路復(fù)用指的是復(fù)用信道，即是利用一個物理信道同時傳輸多個信號，以提高信道利用率，使得一條線路能同時由多個用戶使用而互不影響。多路復(fù)用器連接許多條低速線路，并將它們各自所需的傳輸容量組合在一起后，在一條速度較高的線路上傳輸。也即低速線路在其遠端合并，僅由一條較高速度的線路傳輸所有信息，而不是在一個發(fā)送端和接收端之間連接著許多低速線路。,2.3.1 頻分復(fù)用技術(shù)(FDM),頻分復(fù)用的典型例子有許多，如無線電廣播、無線電視中將多個電

34、臺或電視臺的多組節(jié)目對應(yīng)的聲音、圖像信號分別載在不同頻率的無線電波上，同時在同一無線空間中傳播，接收者根據(jù)需要接收特定的某種頻率的信號收聽或收看。,2.3.1 頻分復(fù)用技術(shù)(FDM),要實現(xiàn)頻分復(fù)用，必須先為每個信道定義一個載波信號（Carrier Signal）。與信道對應(yīng)的輸入信號使載波信號發(fā)生改變（調(diào)制），從而產(chǎn)生另一個信號（調(diào)制信號）。有幾種實現(xiàn)的方法。下圖中顯示了其中的振幅調(diào)制技術(shù)。,載波信號有一個固定的頻率，通常是位于信道帶寬的中間。其振幅發(fā)生改變，在數(shù)值之間交替變換，具體取決于另一個信號的最大值和最小值。,調(diào)制器,被調(diào)制信號,載波信號,調(diào)制結(jié)果,2.3.1 頻分復(fù)用技術(shù)(FDM)

35、,在頻分多路復(fù)用的最后一步，所有輸入的調(diào)制信號被結(jié)合成一個更加復(fù)雜的單一模擬信號。它的頻率位于所有信道的范圍之內(nèi)。各信道本身被保護頻帶（Guard Band）（未使用的頻率范圍）隔離開來，以防止相鄰信道的相互干涉。這樣產(chǎn)生的信號被傳送出去，并由另一個多路復(fù)用器接收。它使用一個帶通濾波器把各個獨立的調(diào)制信號分離開來。最后，信號被解調(diào)，并恢復(fù)成原始信號。在電視和無線電廣播等應(yīng)用中，通過信道或頻率選擇器指定哪一個原始信號被轉(zhuǎn)換成聲音和圖像。,2.3.2 時分復(fù)用技術(shù)(TDM),時分多路復(fù)用是將傳輸信號的時間進行分割，使不同的信號在不同時間內(nèi)傳送，即將整個傳輸時間分為許多時間間隔（稱為時隙、時間片等，

36、slot time）。 TDM分為: 同步時分復(fù)用（Synchronous Time Division Multiplexing STDM） 異步時分復(fù)用（ Aynchronous Time Division Multiplexing ATDM）,2.3.2 時分復(fù)用技術(shù)(TDM),同步時分復(fù)用（Synchronous Time Division Multiplexing STDM） 同步時分復(fù)用采用固定時間片分配方式，即將傳輸信號的時間按特定長度連續(xù)地劃分成特定時間段，再將每一時間段劃分成等長度的多個時隙（時間片），每個時隙以固定的方式分配給各路數(shù)字信號各路數(shù)字信號在每一時間段都順序分配到一

37、個時隙。,公共信道,第一路信號,第二路信號,第三路信號,第四路信號,M U X,M U X,A1 B1 C1 D1,A1 B1 C1 D1,A1 B1 C1 D1,A2 B2 C2 D2,A2 B2 C2 D2,A2 B2 C2 D2,A3 B3 C3 D3,A3 B3 C3 D3,A3 B3 C3 D3,A4 B4 C4 D4,A4 B4 C4 D4,A4 B4 C4 D4,2.3.2 時分復(fù)用技術(shù)(TDM),同步時分復(fù)用（Synchronous Time Division Multiplexing STDM） STDM有時會出現(xiàn)低效性，如下圖：,M U X,M U X,A3B3D3,A2B

38、2D2,A1B1D1,A4A3A2A1,B4B3B2B1,D4D3D2D1,A4A3A2A1,B4B3B2B1,D4D3D2D1,等長幀,2.3.2 時分復(fù)用技術(shù)(TDM),異步時分復(fù)用（ Aynchronous Time Division Multiplexing ATDM） 異步時分復(fù)用技術(shù)又被稱為統(tǒng)計時分復(fù)用（statistical time division multiplexing）或智能時分復(fù)用（ITDM），它能動態(tài)地按需分配時隙，避免每個時間段中出現(xiàn)空閑時隙。,M U X,B3D2,A3B2D2,A1C1,A3A2A1,B4B3B2B1,C3C2C1,D3D2D1,變長幀,A2B

39、1C2,B4C3D3,A3A2A1,B4B3B2B1,C3C2C1,D3D2D1,M U X,2.3.3 碼分復(fù)用技術(shù)(CDMA),碼分復(fù)用（CDMA） 碼分復(fù)用允許所有站點同時在整個頻段上進行傳輸，多路的同時傳輸采用編碼原理加以區(qū)分。碼分復(fù)用假定多重信號是線性疊加的。 與前面介紹的信道分配方法完全不同。前面所介紹的方法中，有些是將信道分成頻率段，對它們進行靜態(tài)分配（FDM），另外的方法則是根據(jù)幀來分配信道，將整個信道靜態(tài)地（具有固定時隙的TDM）。,2.3.3 碼分復(fù)用技術(shù)(CDMA),TDM FDM CDMA三種復(fù)用技術(shù)的類比：雞尾酒會原理,(輪流發(fā)言),F(分組發(fā)言),CA,2.3.3

40、碼分復(fù)用技術(shù)(CDMA),在CDMA中，每比特時間被分成m個短的時間段，稱為芯片（chip）。通常情況下，每比特有64個或128個芯片。但在下面的例子中，為了簡化問題，假定每比特有8個芯片。每個站點被指定一個唯一的m位的代碼或芯片序列（chip sequence）。當(dāng)發(fā)送比特1時，站點就發(fā)送其芯片序列，想發(fā)送比特0時，站點就發(fā)送其芯片序列的反碼。除此之外，沒有其他任何格式。因此，假如站點A的芯片序列被指定為00011011，發(fā)送00011011就表示發(fā)送比特1，發(fā)送11100100就表示發(fā)送比特0。,2.3.3 碼分復(fù)用技術(shù)(CDMA),2.3.3 碼分復(fù)用技術(shù)(CDMA),2.3.3 碼分復(fù)

41、用技術(shù)(CDMA),用EXCLE計算,2.3.4 波分復(fù)用技術(shù)(WDM),在光纖信道上使用的是頻分多路復(fù)用的一個變種，即波分多路復(fù)用WDM（wavelength division multiplexing）。,2.3.4 波分復(fù)用技術(shù)(WDM),這里沒有使用什么新的技術(shù)。由于每個信道有自己的頻率范圍，而且所有的范圍都是分隔的，所以它們可以被多路復(fù)用到長距離的光纖上。與電子的FDM不同的唯一的區(qū)別是：光纖系統(tǒng)使用的衍射光柵是完全無源的，因此極其可靠。應(yīng)該注意到，WDM很流行的原因是一根光纖上的能量常常僅僅有幾GHz寬，因為現(xiàn)在不可能在光電介質(zhì)間作更快的轉(zhuǎn)換。而一根光纖的帶寬大約是25000GHz

42、，因此可以將很多信道復(fù)用到長距離光纖上，當(dāng)然前提條件是所有的輸入信道都應(yīng)使用不同的頻率。,2.3.5 空分復(fù)用技術(shù)(SDM),空分復(fù)用(SDM，Space Division Multiplexing)即多對電線或光纖共用1條纜的復(fù)用方式。 比如5類線就是4對雙絞線共用1條纜，還有市話電纜(幾十對)也是如此。能夠?qū)崿F(xiàn)空分復(fù)用的前提條件是光纖或電線的直徑很小，可以將多條光纖或多對電線做在一條纜內(nèi)，既節(jié)省外護套的材料又便于使用。 例如，在光纖通信中，空分復(fù)用包括兩個方面：一是光纖的復(fù)用，即將多根光纖組合成束；二是在一根光纖中的光“束”沿空間分割的一種多維通信方式?？梢砸攵嗑S相干度調(diào)制與解調(diào)的新概念

43、來實現(xiàn)多路空分復(fù)用通信。傳象束是一種特殊的空分復(fù)用方式。它是將圖像采用空分復(fù)用方式傳輸，使其傳輸速度成數(shù)量級地提高。幾十萬個象素的多芯傳象光纖己相當(dāng)成熟。其色保持特性和透光性已相當(dāng)令人滿意，是空分復(fù)用的一個發(fā)展方向。,2.4 數(shù)據(jù)交換技術(shù),交換即轉(zhuǎn)接，是在交換通信網(wǎng)中實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸必不可少的技術(shù)。 常用的交換技術(shù)有三種： 電路交換（線路交換） 報文交換 分組交換（包交換）,2.4.1 電路交換技術(shù),電路交換是一種直接的交換方式，它為一對需要進行通信的裝置（站）之間提供一條臨時的專用通道，即提供一條專用的傳輸通道，既可是物理通道又可是邏輯通道（使用時分或頻分復(fù)用技術(shù)）。這條通道是由節(jié)點內(nèi)部電路對節(jié)

44、點間傳輸路徑經(jīng)過適當(dāng)選擇、連接而完成的，由多個節(jié)點和多條節(jié)點間傳輸路徑組成的鏈路。,2.4.1 電路交換技術(shù),目前公用電話網(wǎng)廣泛使用的交換方式是電路交換，經(jīng)由電路交換的通信包括三個階段： (1) 電路建立 (2) 數(shù)據(jù)傳輸 (3) 電路拆除,F,D,B,A,E,C,G,1,4,2,7,5,6,3,2.4.1 電路交換技術(shù),電路交換具有下列特點：(1) 呼叫建立時間長且存在呼損。在電路建立階段，在兩站間建立一條專用通路需要花費一段時間，這段時間稱為呼叫建立時間。在電路建立過程中由于交換網(wǎng)繁忙等原因而使建立失敗，對于交換網(wǎng)則要拆除已建立的部分電路，用戶需要掛斷重撥，這稱為呼損。(2) 電路連通后提

45、供給用戶的是透明通路，即交換網(wǎng)對用戶信息的編碼方法、信息格式以及傳輸控制程序等都不加以限制，但對通信雙方而言，必須做到雙方的收發(fā)速度、編碼方法、信息格式、傳輸控制等一致才能完成通信。(3) 一旦電路建立后，數(shù)據(jù)以固定的數(shù)據(jù)率傳輸，除通過傳輸鏈路的傳播延遲以外，沒有別的延遲，在每個節(jié)點的延遲是可以忽略的，適用于實時大批量連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸。(4) 線路（信道）利用率低。電路建立，進行數(shù)據(jù)傳輸，直至通信鏈路拆除為止，信道是專用的，再加上通信建立時問、拆除時間和呼損，其利用率較低。,2.4.2 報文交換技術(shù),在數(shù)據(jù)交換是相對較為連續(xù)的數(shù)據(jù)流時（如話音），電路交換是一種適宜的、易于使用的技術(shù)。日前數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)

46、通信廣泛使用報文交換。在報文交換網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通常為一臺專用計算機，帶有足夠的外存，以便在報文進入時，進行緩沖存儲。節(jié)點接收一個報文之后，報文暫存放在節(jié)點的存儲設(shè)備之中，等輸出線路空閑時，再根據(jù)報文中所附的目的地址轉(zhuǎn)發(fā)到下一個合適的節(jié)點，如此往復(fù)，直到報文到達目標(biāo)數(shù)據(jù)終端。所以報文交換也稱為存儲轉(zhuǎn)發(fā)（store and forward）。,2.4.2 報文交換技術(shù),F,D,B,A,E,C,G,1,4,2,7,5,6,3,A-F,2.4.2 報文交換技術(shù),報文交換具有下列特征：(1) 源站A和目標(biāo)站F在通信時不需要建立一條專用的通路，因此就不需要節(jié)點4、5、6或4、7、6同時空閑。(2) 與電路

47、交換相比，報文交換沒有建立線路和拆除線路所需的等待和時延。(3) 線路利用率高，節(jié)點間可根據(jù)線路情況選擇不同的速度傳輸，能高效地傳輸數(shù)據(jù)。(4) 要求節(jié)點具備足夠的報文數(shù)據(jù)存放能力，一般節(jié)點由微機或小型機擔(dān)當(dāng)。(5) 數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃愿?，每個節(jié)點在存儲轉(zhuǎn)發(fā)中，都進行差錯控制，即檢錯、糾錯。(6) 缺點：由于采用了對完整報文的存儲/轉(zhuǎn)發(fā)，節(jié)點存儲/轉(zhuǎn)發(fā)的時延較大，不適用于交互式通信，如電話通信；由于每個節(jié)點都要把報文完整地接收、存儲、檢錯、糾錯、轉(zhuǎn)發(fā)，產(chǎn)生了節(jié)點延遲，并且報文交換對報文長度沒有限制，報文可以很長，這樣就有可能使報文長時間占用某兩節(jié)點之間的鏈路，不利于實時交互通信。分組交換即所謂的

48、包交換正是針對報文交換的缺點而提出的一種改進方式。,2.4.3 分組交換技術(shù),分組交換屬于存儲/轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，但它不像報文交換那樣以報文為單位進行交換、傳輸，而是以更短的、標(biāo)準(zhǔn)的報文分組（packet）為單位進行交換傳輸。分組是一組包含數(shù)據(jù)和呼叫控制信號的二進制數(shù)，把它作為一個整體加以轉(zhuǎn)接，這些數(shù)據(jù)、呼叫控制信號以及可能附加的差錯控制信息是按規(guī)定的格式排列的。,2.4.3 分組交換技術(shù),交換網(wǎng)可采用兩種方式：數(shù)據(jù)報傳輸分組交換或虛電路傳輸分組交換進行交換。(1) 數(shù)據(jù)報傳輸分組交換(2) 虛電路傳輸分組交換,2.4.3 分組交換技術(shù),(1) 數(shù)據(jù)報傳輸分組交換交換網(wǎng)把進網(wǎng)的任一個分組都當(dāng)作單獨

49、的“小報文”來處理，而不管它屬于哪個報文的分組，就像報文交換中把一份報文進行單獨處理一樣,2.4.3 分組交換技術(shù),(1) 數(shù)據(jù)報傳輸分組交換,F,D,B,A,E,C,G,1,4,2,7,5,6,3,1,2,3,2.4.3 分組交換技術(shù),(1) 數(shù)據(jù)報傳輸分組交換,F,D,B,A,E,C,G,1,4,2,7,5,6,3,1,2,3,2.4.3 分組交換技術(shù),(2) 虛電路傳輸分組交換所謂虛電路就是兩個用戶的終端設(shè)備在開始互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前需要通過通信網(wǎng)絡(luò)建立邏輯上的連接，一旦這種連接建立，直至用戶不需要發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時清除這種連接。其主要的特點是：所有分組都必須沿著事先建立的虛電路傳輸，存

50、在一個虛呼叫建立階段和拆除階段（清除階段）。與電路交換相比，并不意味著實體間存在象電路交換方式那樣的專用線路，而是選定了特定路徑進行傳輸，分組所途經(jīng)的所有節(jié)點都對這些分組進行存儲/轉(zhuǎn)發(fā)，這是與電路交換的實質(zhì)上的區(qū)別。,2.4.3 分組交換技術(shù),(2) 虛電路傳輸分組交換,F,D,B,A,E,C,G,1,4,2,7,5,6,3,1,2,3,2.4.3 分組交換技術(shù),總之，分組經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)到達終點有兩種方法： 虛電路（Virtual Circuit） 數(shù)據(jù)報（datagram）。,2.4.4高速交換技術(shù),傳統(tǒng)的交換技術(shù)不能滿足多媒體業(yè)務(wù)應(yīng)用，目前提高交換速度的方案有幀中繼和ATM等。 最有發(fā)展前途

51、的交換技術(shù)是ATM（異步傳輸模式），他是線路交換與分組交換技術(shù)的結(jié)合，能最大限度地發(fā)揮線路交換與分組交換技術(shù)的 優(yōu)點，具有從實時的話音信號到高清晰度電視圖像等各種高速綜合業(yè)務(wù)傳輸能力。,2.5 差錯控制技術(shù),按照差錯控制編碼的不同功能，可以將其分為檢錯碼、糾錯碼和糾刪碼。檢錯碼僅能檢測誤碼；糾錯碼則兼有糾錯和檢錯能力，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不可糾正的錯誤時可以發(fā)出錯誤指示。按照信息碼元和附加的監(jiān)督碼元之間的檢驗關(guān)系，又可分為線性碼和非線性碼。若信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系為線性關(guān)系，即滿足一組線性方程式，則稱為線性碼。反之，則稱為非線性碼。常用的差錯控制編碼一般均為線性碼，其中包含分組碼和卷積碼。,2.5.1

52、 差錯產(chǎn)生的原因及其控制,原因:電氣噪聲、靜電干擾、電氣信號反射等。,基帶信號輸入,調(diào)制器,解調(diào)器,信道,噪聲源,基帶信號輸出,信息源和輸入轉(zhuǎn)換器,發(fā)送設(shè)備,接收設(shè)備,信道,輸出轉(zhuǎn)換器和受信者,噪聲,2.5.1 差錯產(chǎn)生的原因及其控制,差錯控制的基本方法: 1、自動請求重發(fā)(要求雙向信道) （Automatic Repeat reQuest,ARQ) 2、前向糾錯(需要糾錯碼） (Forward Error Correction, FEC) 兩種方法也可混合使用。 編碼效率指標(biāo)：R=k/n=k/(k+r) 我們的課程同學(xué)們介紹：奇偶校驗碼、CRC、漢明碼等常用方法。,2.5.2 奇偶校驗碼,奇

53、偶校驗碼是最簡單的檢錯碼，由于實現(xiàn)起來比較容易而被廣泛采用。 這種碼的校驗關(guān)系可以用一個簡單的方程來表示:設(shè)要傳送五比特信息為C1 C2 C3 C4 C5，其中Ci取值0或1。經(jīng)過編碼以后變成六比特編碼碼字，其中校驗位C6應(yīng)滿足下列關(guān)系：C1 + C2 + C3 + C4 + C5 + C6 0(或1) 式中的加法是模2加。上式的右邊等于零稱為偶校驗，此時等式的右邊含偶數(shù)個1；等于1就是奇校驗，則含奇數(shù)個1。,2.5.2 奇偶校驗碼,1、垂直奇偶校驗碼:信息塊長度=pq,每p位構(gòu)成一組，對應(yīng)的有一位奇偶檢驗位rj。編碼效率R=p/(p+1)。,數(shù)據(jù)發(fā)送順序,2.5.2 奇偶校驗碼,2、水平奇偶

54、校驗碼:信息塊長度=pq,每q位構(gòu)成一組，對應(yīng)的有一位奇偶檢驗位rj。編碼效率R=q/(q+1)。,數(shù)據(jù)發(fā)送順序,2.5.2 奇偶校驗碼,3、水平垂直奇偶校驗碼:信息塊長度=pq,在水平和垂直兩個方向上進行奇偶校驗。編碼效率:R=pq/(p+1)(q+1)。,2.5.3 循環(huán)冗余碼,在上節(jié)中看到，單純的奇偶校驗本身是不很可靠的。然而，如果采用水平垂直奇偶校驗就比較可靠了。 但該方法的一個問題是，只有在所有行列都發(fā)送完畢后，錯誤才能檢測出來。如果接收方不知道那個數(shù)據(jù)是不正確的。這樣就無從選擇，只有重發(fā)所有列對于單個錯誤，這是個很大的額外工作。若列重發(fā)時又發(fā)生了錯誤，問題就復(fù)雜了。 有沒有一種方法

55、，在幀發(fā)送后立即知道是否發(fā)生了錯誤？現(xiàn)在討論一種叫做循環(huán)冗余校驗（CRC, Cyclic Redundancy Check）的方法，該方法正好處理這個問題。我們也將說明這是一種高效又可靠的方法。,2.5.3 循環(huán)冗余碼,bn-1bn-2bn-3.b2b1b0,bn-1xn-1+bn-2xn-2+bn-3xn-3+b2x2+b1x1+b0,x10+x7+x5+x3+x2+x1,比特串,多項式,10010101110,2.5.3 循環(huán)冗余碼,下面，我們給出CRC的概況。同時也假設(shè)所有的運算都是模2。 1）給定一個比特串，在其尾部追加幾個0（后面我們會確定是幾個和為什么）并把它叫做B。讓B(x)對應(yīng)

56、于B。 2）將B(x）除以一事先約定的生成多項式G(x)(Generator Polynomial)，求出余式R(x)。 3）定義T(x)=B(x)-R(x)。后面我們會說明T(x)/G(x)的余數(shù)為0，并且減法運算可以通過用與R(x)對應(yīng)的比特串替換成以前追加0的串而完成。 4）傳輸與T(x)對應(yīng)的比特串T。 5）讓T代表接收方收到的比特流，T(x)為相應(yīng)的多項式。接收方將T(x)除以G(x)。若余數(shù)為0，則接收方認(rèn)為TT，(傳輸)未發(fā)生錯誤。否則，接收方認(rèn)為(傳輸)發(fā)生了錯誤并要求重傳。,2.5.3 循環(huán)冗余碼,先用一個正常的整數(shù)運算來說明這個思想： 若：原數(shù)據(jù)信息=137 B=137x1

57、0000=1370000 G=1031 B/G=1370000/1031 余R= 832 T=B-R = 1370000 832 = 1369168 T/G=1328 余數(shù)為 0 認(rèn)為 T = T 如果T / G=0 則認(rèn)為T傳輸無誤。 問題：如何由1369168求出原來的137 ?,2.5.3 循環(huán)冗余碼,先介紹一下模2運算。 模2的加和減定義如下：,加法定義： 000 101 011 110,減法定義： 000 101 011 110,實際上，模2的加和減與異或運算一樣。這是一個我們后面討論CRC的實現(xiàn)時要用到的重要事實。,2.5.3 循環(huán)冗余碼,下圖動畫給出了一個T(x)/G(x)的多項

58、式除法的例子， 這里: T(x) =x10+x9+x7+x5+x4 而: G(x) =x4+x3+1,x6 x4+x3+0+0+1 x10+x9+0+x7+0+x5+x4+0+0+0+0 x10+x9+ 0+0+x6 x7+x6+x5+x4+ 0 x7+x6+ 0 + 0 +x3 x5+x4+x3+0+0 x5+x4+0 +0+x x3+0+x (余數(shù)) 即R(x)= x3+x,+x3,+x,2.5.3 循環(huán)冗余碼,右圖說明了使用模2除法的相同除法。記住在無多項式項時使用0, x10+x9+x7+x5+x4 的系數(shù)序列是11010110000，x4+x3+1的系數(shù)序列為11001。,(x10+x9+x7+x5+x4)/(x4+x3+1)的模2除法,2.5.3 循環(huán)冗余碼,現(xiàn)在討論CRC是如何工作的。假設(shè)要發(fā)送比