計算機通信與網(wǎng)絡(luò)-ch02-數(shù)據(jù)通信技術(shù)－賀

1、計算機通信與網(wǎng)絡(luò)Computer Telecommunications & Networks,第2章 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)傳輸: 著重于數(shù)據(jù)的傳輸，不涉及數(shù)據(jù)所表示的原始信息。 數(shù)據(jù)通信: 實現(xiàn)計算機與計算機、計算機與終端之間信息交互的一種通信技術(shù)(計算機通信)。著重于信息的交互。,內(nèi)容概要,內(nèi)容綱要,數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù)傳輸方式 數(shù)據(jù)傳送技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù) 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 差錯控制技術(shù) 數(shù)據(jù)通信接口特征,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,1、數(shù)據(jù)、信息和信號 2、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 3、傳輸媒體 4、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,1、 數(shù)據(jù)、信息和信號,數(shù)據(jù)(data) 預(yù)先約定的

2、具有某種含義的數(shù)字、符號和字母的組合。 信號(signal) 數(shù)據(jù)在傳輸過程中的電磁波表示。 模擬信號(analogous)：時間、取值連續(xù)變化。 數(shù)字信號(digital)： 時間、取值離散。 調(diào)制把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的過程。 解調(diào)把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程。 信道表示向某一方向傳送數(shù)據(jù)的傳輸介質(zhì)。,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,1、 數(shù)據(jù)、信息和信號,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,2、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,2、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),信源：信息的發(fā)送端，是發(fā)送信息的設(shè)備。 信宿：信息的接收端，是接收信息的設(shè)備。 信號轉(zhuǎn)換設(shè)備：將信源發(fā)出的信息轉(zhuǎn)換成適合于在信道上傳輸?shù)男盘柕脑O(shè)備

3、。,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,2、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),調(diào)制解調(diào)器,PC 機,公用電話網(wǎng),調(diào)制解調(diào)器,數(shù)字比特流,數(shù)字比特流,模擬信號,模擬信號,正文,正文,PC 機,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,2、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)舉例,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,2、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)舉例,(b) 局域網(wǎng)用戶通過Internet上網(wǎng)通信,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,纜(cable)：雙絞線、同軸電纜、光纜 微波(microwave)：地面微波、衛(wèi)星微波、 無線電波 紅外線技術(shù)、藍牙技術(shù),3、 傳輸媒體,3、傳輸媒體,雙絞線,銅線,銅線,聚氯乙烯 套層,聚氯乙烯 套層,屏蔽層,絕緣層,絕緣層,無屏蔽

4、雙絞線 UTP,屏蔽雙絞線 STP,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,3、傳輸媒體,雙絞線,A,扭絞距,線徑0.41.4 mm,B,近端串擾,遠端串擾,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,3、傳輸媒體,把兩根互相絕緣的銅導(dǎo)線并排放置，再用規(guī)則的方法絞合起來。 絞合的導(dǎo)線可以減少相鄰線對的相互干擾。 多對絞合導(dǎo)線構(gòu)成了雙絞線電纜。 雙絞線可用于模擬傳輸和數(shù)字傳輸。 價格低，安裝方便，但帶寬窄，抗干擾性能較差。,雙絞線,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,3、傳輸媒體,類型 阻抗 返回損耗 近端串擾 1Mhz 100m 100m 3類UTP 100 12db 43db 4類UTP 100 12db 58db 5類UTP 10

5、0 12db 64db,雙絞線,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,3、傳輸媒體,同軸電纜,外導(dǎo)體屏蔽層,絕緣層,絕緣保護套層,內(nèi)導(dǎo)體,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,3、傳輸媒體,同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體銅質(zhì)芯線（單股實心線或多股絞合線）、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導(dǎo)體屏蔽層以及保護塑料外層組成。 由于外導(dǎo)體屏蔽層的作用，同軸電纜具有較好的抗干擾特性（特別是高頻段），適合高速數(shù)據(jù)傳輸。 通常按特性阻抗數(shù)值不同，可分為兩類： 50 同軸電纜：數(shù)據(jù)通信中傳輸基帶信號 75 同軸電纜：模擬傳輸系統(tǒng)（CATV）,同軸電纜,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,3、傳輸媒體,RG-8/RG-11 10Base5 阻抗50 粗纜 0.4” RG

6、-58A/U 10Base2 阻抗50 細纜 0.18” RG-59U 10Broad3600 阻抗75 CATV 0.25” RG-63 ARCnet 阻抗93 0.25” (0.635cm),同軸電纜傳輸特性,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,3、傳輸媒體,光纜,遠供電源,光纖及包層,填充物,外護套,包帶層,包層,纖芯,（a）光纜結(jié)構(gòu)剖面圖,（b）光波在纖芯中傳播,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,3、傳輸媒體,光纖：透明石英玻璃拉成細絲，由纖芯和包層構(gòu)成。 纖芯直徑為8100um，折射率高 包層折射率低。 光纜：多根光纖構(gòu)成光纜。 光波：利用光的全反射原理通過纖芯傳導(dǎo)。 通過傳遞光脈沖進行通信。 光纖通

7、信： 衰耗小，距離長，抗干擾能力強，傳輸 容量大，保密性好。 多模光纖：多條不同入射角光線在一條光纖中傳輸。 單模光纖：直徑只有一個光波長大小，直線傳輸。,光纜,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,3、傳輸媒體,光線在光纖中的折射,折射角,入射角,包層 （低折射率的媒體）,包層 （低折射率的媒體）,纖芯 （高折射率的媒體）,包層,纖芯,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,3、傳輸媒體,光纜,高折射率 (纖芯),低折射率 (包層),光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷?2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,3、傳輸媒體,光纖,多模光纖,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,3、傳輸媒體,無線傳輸方式： 在交通不便、施工不便的地方（高山、海

8、洋、城市），或距離較遠的情況下，成本較低。 無線電波可以在自由空間各個方向傳播，實現(xiàn)多種通信，故稱為“非導(dǎo)向傳輸媒體”。 長波、中波、短波、甚高頻(Very high)、特高頻(Ultra)、超高頻(Super)、極高頻(Extremely ),2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜,無線電,微波,紅外線,可見光,紫外線,X射線,射線,雙絞線,同軸電纜,衛(wèi)星,地面微波,調(diào)幅 無線電,調(diào)頻 無線電,海事 無線電,光纖,電視,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF,THF,波段,104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014

9、 1015 1016,100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024,移動 無線電,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,3、傳輸媒體,無線電波是全向傳播，微波是定向傳播。 無線電波不同頻段用于不同通信方式 3 30 MHz，用于短波通信； 30300MHz，用于數(shù)據(jù)通信； 蜂窩無線電移動通信。,無線電波,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,3、傳輸媒體,微波通信（240GHz，直線傳播) 地面接力微波：在地面建立若干微波中繼站，中繼站將前一站信號接收，放大后轉(zhuǎn)發(fā)到下一站，實現(xiàn)“接力”式傳輸。 衛(wèi)星通信：將微波中繼站放在衛(wèi)星上實現(xiàn)。通信建立遠，

10、覆蓋面積大。,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,3、傳輸媒體,地面微波的工作頻率范圍一般為120 GHz，其特點是直線傳播，因此只能在視距(LOS: line of sight)范圍內(nèi)進行傳輸。由于受到地形和天線高度的限制，兩微波站間的通信距離一般為3050 km。,地面微波,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,3、傳輸媒體,衛(wèi)星通信的最大特點是通信距離遠，且通信費用與通信距離無關(guān)。同步衛(wèi)星發(fā)射出的電磁波能輻射到地球上的通信覆蓋區(qū)的跨度達18000多公里。只要地球赤道上空的同步軌道上，等距離地放置3顆相隔120度的衛(wèi)星，就能基本上實現(xiàn)全球的通信。,衛(wèi)星微波,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,3、傳輸媒體,衛(wèi)星微波,2.

11、1數(shù)據(jù)通信的基本概念,3、傳輸媒體,紅外線技術(shù)已經(jīng)在計算機通信中得到了應(yīng)用，例如兩臺筆記本電腦對著紅外接口，可傳輸文件。 紅外線鏈路只需一對收發(fā)器，可調(diào)制不相干的紅外光，在視線距離的范圍內(nèi)傳輸，具有很強的方向性。,紅外線技術(shù),2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,3、傳輸媒體,紅外線技術(shù),調(diào)制非相干紅外線光,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標,傳碼速率(信號傳輸速率)：調(diào)制速率、波特率，記作NBd，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，每秒鐘傳輸信號碼元的個數(shù)，單位是波特（Baud，符號/s）。 傳信速率(比特傳輸速率)：記作Rb，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，每秒鐘傳輸二進制碼元的個數(shù)，單位是

12、比特/秒（bit/s，Kbit/s ，Mbit/s，Gbit/s ）。,數(shù)據(jù)傳輸速率,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標,數(shù)據(jù)傳輸速率,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標,例2-1 若信號碼元持續(xù)時間為110-4秒，試問傳送8電平信號，則傳碼速率和傳信速率各是多少？ 解：由于T=110-4秒，所以傳碼速率NBd=1/T=10,000波特 由于傳送的信號是8電平，所以M=8。 則傳信速率Rb = NBdlog2 M =30,000bit/s。,數(shù)據(jù)傳輸速率,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標,信道帶寬,信號帶寬(bandwidth) ：

13、是指信號具有的頻帶寬度，單位是赫（Hz、KHz、MHz、GHz）。 模擬信道：表示通信線路允許通過的信號頻帶范圍就稱為線路帶寬(通頻帶)。 數(shù)字信道：“帶寬”是所能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”同義語，單位是“比特每秒”。,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標,信道帶寬,常用的帶寬單位是 千比每秒，即 Kb/s （103 b/s） 兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s） 吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s） 太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s） 請注意：在計算機界，數(shù)據(jù)量的表示 K = 210 , M = 220, G = 230, T = 240。,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概

14、念,時間軸上信號的寬度隨速率的增大而變窄，對應(yīng)的信號頻率增加，則占用帶寬也增加。,帶寬,4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標,誤碼率和誤組率,誤碼率(BER: bit error rate) ：在一定時間內(nèi)接收到出錯的比特數(shù)e1與總的傳輸比特數(shù)e2之比。 Pe（e1/e2) 100 由于實際的傳輸信道及通信設(shè)備存在隨機差錯與突發(fā)差錯，而數(shù)據(jù)通信常采用數(shù)據(jù)塊(block)或幀(frame)為單位進行傳輸，使用誤組率可以更好反映傳輸效率。 誤組率(FER: frame error rate)：在一定時間內(nèi)接收出錯的組數(shù)b1與總的傳輸組數(shù)b2之比。 P

15、b（b1/b2) 100,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,時延,1 0 1 1 0 0 1,發(fā)送器,隊列,結(jié)點 B,結(jié)點 A,數(shù)據(jù),從結(jié)點 A 向結(jié)點 B 發(fā)送數(shù)據(jù),鏈路,4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,處理時延：交換結(jié)點為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進行一些必要的處理所花費的時間。 排隊時延：結(jié)點緩存隊列中分組排隊所經(jīng)歷的時延。是處理時延的組成部分。,時延,4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,發(fā)送時延(傳輸時延)：發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)塊從結(jié)點進入到傳輸媒體所需要的時間。 信道帶寬(channel bandwidth)：數(shù)據(jù)在信道上的發(fā)送速率。常稱為數(shù)據(jù)在信道上的傳輸速率(tr

16、ansmission rate)。,發(fā)送時延 =,數(shù)據(jù)塊長度（比特）,信道帶寬（比特/秒）,時延（ Delay）,4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,傳播時延(propagation)：電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費的時間。 信號在信道上的傳播速率(單位時間內(nèi)的距離量度)。,傳播時延 =,信道長度（米）,信號在信道上的傳播速率（米/秒）,時延,4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,總時延：數(shù)據(jù)從源點經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳送，到達目的點所經(jīng)歷的總時延就是發(fā)送時延、傳播時延、處理時延之和：,總時延 = 發(fā)送時延 + 傳播時延 + 處理時延,時延,4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

17、的技術(shù)指標,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,高速網(wǎng)絡(luò)鏈路：提高數(shù)據(jù)的發(fā)送速率而不是比特在鏈路上的傳播速率。 提高鏈路帶寬：減小數(shù)據(jù)的發(fā)送時延。 提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速率：減小網(wǎng)絡(luò)傳輸時延，主要是減少發(fā)送時延和處理時延。,時延,4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標,2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念,時延,4、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標,例2-3若AB兩臺計算機之間的距離為1000km，假定在電纜內(nèi)信號的傳播速度是2108m/s，試對下列類型的鏈路分別計算發(fā)送時延和傳播時延。 （1）數(shù)據(jù)塊長度為108bit，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為1Mb/s； （2）數(shù)據(jù)塊長度為1000bit，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為1Gbit/s,內(nèi)容綱要,數(shù)據(jù)通信的基本概念

18、數(shù)據(jù)傳輸方式 數(shù)據(jù)傳送技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù) 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 差錯控制技術(shù) 數(shù)據(jù)通信接口特征,2.2數(shù)據(jù)傳輸方式,1、并行傳輸與串行傳輸 2、異步傳輸與同步傳輸 3、單工、半雙工和全雙工傳輸 4、模擬傳輸和數(shù)字傳輸,2.2數(shù)據(jù)傳輸方式,并行傳輸,1、并行傳輸與串行傳輸,并行傳輸指的是數(shù)據(jù)以成組的方式，在多條并行信道上同時進行傳輸。,2.2數(shù)據(jù)傳輸方式,串行傳輸,1、并行傳輸與串行傳輸,串行傳輸指的是組成字符的若干位二進制碼排列成數(shù)據(jù)流在一條信道上逐位順序傳輸。,2.2數(shù)據(jù)傳輸方式,異步傳輸（數(shù)據(jù)位不等長）,2、異步傳輸與同步傳輸,不論字符所采用的代碼為多少位，在發(fā)送每一個字符代碼（即字符的數(shù)據(jù)位）時

19、，都要在前面加上一個起始位，表示一個字符的開始；后面加上一個停止位，表示一個字符的結(jié)束。,2.2數(shù)據(jù)傳輸方式,同步傳輸（數(shù)據(jù)位等長）,2、異步傳輸與同步傳輸,2.2數(shù)據(jù)傳輸方式,3、單工、半雙工和全雙工傳輸,單工傳輸(simplex)只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互。 半雙工傳輸(half duplex)通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送(當然也就不能同時接收)。 全雙工傳輸(full duplex)通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。,2.2數(shù)據(jù)傳輸方式,4、模擬傳輸和數(shù)字傳輸,模擬傳輸 模擬信號：時間和幅度取值連續(xù)變化 的信號量。 模擬信道：適于模擬信號傳輸?shù)男诺?模擬傳輸系

20、統(tǒng)：傳輸模擬信號的通信系統(tǒng) 數(shù)字傳輸 數(shù)字信號：時間和幅度取值離散 （不連續(xù)變化）的信號量。 數(shù)字信道：適于數(shù)字信號傳輸?shù)男诺?數(shù)字傳輸系統(tǒng)：傳輸數(shù)字信號的通信系統(tǒng),內(nèi)容綱要,數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù)傳輸方式 數(shù)據(jù)傳送技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù) 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 差錯控制技術(shù) 數(shù)據(jù)通信接口特征,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),1、數(shù)據(jù)序列的電信號表示 2、信道容量的概念 3、基帶傳輸 4、頻帶傳輸 5、數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),1、數(shù)據(jù)序列的電信號表示,數(shù)據(jù)序列,單極性不歸零碼unipolar NRZ,單極性歸零碼 unipolar RZ,雙極性不歸零碼 bipolar,雙極性歸零碼,0 1 0 0 1 1

21、0 0 0 1 1 1,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),1、數(shù)據(jù)序列的電信號表示,數(shù)據(jù)序列,偽三元編碼 pseudo,曼徹斯特編碼 Manchester,差分曼徹斯特編碼 Differential code,差分編碼,0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),任何實際的信道都不是理想的，在傳輸信號時會產(chǎn)生各種失真以及帶來多種干擾。 碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信號傳輸?shù)木嚯x越遠，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴重。,2、信道容量的概念,失真不嚴重 失真嚴重,實際的信道 （帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）,輸入信號波形,輸出信號波形 (失真不嚴重),數(shù)字信號通過實際的信道,2.3數(shù)據(jù)傳送技

22、術(shù),2、信道容量的概念,信道容量是指在一定的條件下，給定通信路徑（信道）上所能達到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),2、信道容量的概念,信道容量,噪聲,誤碼率,帶寬,數(shù)據(jù)傳輸速率,理想低通信道的最高碼元傳輸速率 N= 2W Baud, W=1/s, Baud=symbol/s W 是理想低通信道的帶寬，單位為赫(Hz),奈奎斯特(Nyquist)定理,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),2、信道容量的概念,在理想低通(low-pass)信道中，如果信道帶寬WHz，則最高碼元傳輸速率是每秒 2 W 個碼元。 每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒 2 個碼元。 Baud 是波特，是碼元傳輸速率的

23、單位，1 波特為每秒傳送 1 個碼元。,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),2、信道容量的概念,奈奎斯特(Nyquist)定理,實際的信道所能傳輸?shù)淖罡叽a元速率，要明顯地低于奈氏準則給出上限數(shù)值。 波特(Baud)和比特(bit)是兩個不同的概念。 波特是碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝唬棵雮鞫嗌賯€碼元）。碼元傳輸速率也稱為調(diào)制速率、波形速率或符號速率。 比特是信息量的單位。,要強調(diào)以下兩點,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),2、信道容量的概念,信息的傳輸速率“比特/秒”與碼元的傳輸速率“波特”在數(shù)量上有一定的關(guān)系。 若 1 個碼元只攜帶 1 bit 的信息量，則“比特/秒”和“波特”在數(shù)值上相等。 若 1 個碼元攜帶 n bit 的

24、信息量，則 N Baud 的碼元傳輸速率所對應(yīng)的信息傳輸速率為 N n b/s。,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),2、信道容量的概念,傳輸比特流 10011100 ,10 01 11 00 ,2bit一組,4種幅度,1個碼元攜帶2bit信息, n = log2M (M 碼元狀態(tài)數(shù)),t,3 2 1 0,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),2、信道容量的概念,無噪聲的情況下，在帶寬為W的信道，其最大的數(shù)據(jù)傳輸速率C（信道容量 capacity）為 C=2Wlog2M,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),2、信道容量的概念,例2-6 一個無噪聲的話音帶寬為4000Hz，采用8相調(diào)制解調(diào)器傳送二進制信號，試問信道容量是多少？W=4Khz,M=

25、8,C=2*4*3=24 Kbit/s,香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯的信息傳輸速率。 信道的極限信息傳輸速率 C(信道容量） 可表達為 C = W log2(1+S/N) b/s W 為信道的帶寬（以 Hz 為單位）； S 為信道內(nèi)所傳信號的平均功率； N 為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),2、信道容量的概念,香農(nóng)(Shannon)定理,例2-7 一個數(shù)字信號通過兩種物理狀態(tài)經(jīng)信噪比為20dB的3kHz帶寬的信道傳送，其數(shù)據(jù)率不會超過多少？,應(yīng)用舉例,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),2、信道容量的概念,解：已知信噪比電平為20dB

26、，則信噪功率比 S/N = 100 C = 3000log2(1+100)=30006.66=19.98 Kbit/s 數(shù)據(jù)率不會超過19.98 kbit/s,信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。 只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實現(xiàn)無差錯的傳輸。,Shannon公式表明,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),2、信道容量的概念,若信道帶寬 W 或信噪比 S/N 沒有上限（當然實際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率 C 也就沒有上限。 實際信道上能夠達到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。,Shannon公式表明,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)

27、,2、信道容量的概念,奈氏準則和Shannon公式作用范圍,源系統(tǒng),傳輸系統(tǒng),目的系統(tǒng),傳輸 系統(tǒng),源點,終點,發(fā)送器,接收器,輸入信息,輸出信息,信息傳輸速率受 香農(nóng)公式的限制,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),2、信道容量的概念,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),3、基帶傳輸,基帶信號(baseband signal),在數(shù)據(jù)通信中，表示計算機中二進制比特序列的數(shù)字數(shù)據(jù)信號是典型的矩形脈沖信號。人們把矩形脈沖信號的固有頻帶稱作基本頻帶(簡稱為基帶)，這種矩形脈沖信號就叫做基帶信號。,在數(shù)字信道上，計算機中的數(shù)據(jù)是以矩形脈沖信號直接傳送的，這種傳送方法稱為基帶傳輸。,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),4、頻帶傳輸,頻帶傳輸: 調(diào)制傳

28、輸，就是先將基帶信號變換成便于在模擬信道中傳輸?shù)?、具有較高頻率范圍的信號（頻帶信號），再將這種頻帶信號在信道中傳輸。,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),4、頻帶傳輸,數(shù)字數(shù)據(jù)，模擬傳輸,有些傳輸媒體只適合于傳輸模擬信號，為充分利用現(xiàn)有的傳輸資源，必須將數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號才能傳輸。 將數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號的過程叫調(diào)制(modulation)（實際上是用數(shù)字信號控制模擬信號的某些參數(shù)，使模擬信號攜帶信息）。 將攜帶信息的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)（或稱從已調(diào)制的模擬信號中提取數(shù)字數(shù)據(jù)）的過程叫解調(diào)(demodulation)。,最常用的數(shù)字數(shù)據(jù)模擬信號轉(zhuǎn)換設(shè)備是調(diào)制解調(diào)器（MODEM），同時具有調(diào)制和解調(diào)的功

29、能，在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，是一種典型的DCE設(shè)備。 常用的調(diào)制技術(shù)： 載波：一種便于發(fā)射和接收，及技術(shù)實現(xiàn)的高頻簡諧波或周期性脈沖信號。 當載波為高頻簡諧波時，可用三個參數(shù)描述：振幅、頻率、相位?？刂七@三個參數(shù)變化，可以實現(xiàn)調(diào)制功能。,4、頻帶傳輸,數(shù)字數(shù)據(jù)，模擬傳輸,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),以數(shù)字數(shù)據(jù)控制載波的幅度，稱為數(shù)字調(diào)幅，又稱幅移鍵控，簡稱ASK (amplitude shift keying) 。 以數(shù)字數(shù)據(jù)控制載波的相位，稱為數(shù)字調(diào)相，又稱相移鍵控，簡稱PSK (phase shift keying) 。 以數(shù)字數(shù)據(jù)控制載波的頻率，稱為數(shù)字調(diào)頻，又稱頻移鍵控，簡稱FSK (frequen

30、cy shift keying) 。,4、頻帶傳輸,數(shù)字數(shù)據(jù)，模擬傳輸,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),4、頻帶傳輸,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),0,1,0,0,1,1,1,0,0,基帶信號,調(diào)幅,調(diào)頻,調(diào)相,5、數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),在數(shù)字信道中傳輸數(shù)據(jù)信號稱為數(shù)據(jù)信號的數(shù)字傳輸，簡稱為數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸。,抽樣量化,編碼,模擬數(shù)據(jù),數(shù)字信號,數(shù)字 信道,解碼,恢復(fù),數(shù)字信號,模擬數(shù)據(jù),5、數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸,2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù),時間量化,幅值量化,采樣間隔Ts 2 fc,模擬數(shù)據(jù),數(shù)字信號,內(nèi)容綱要,數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù)傳輸方式 數(shù)據(jù)傳送技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù) 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 差錯控制技術(shù) 數(shù)據(jù)通信接口特征,2

31、.4多路復(fù)用,隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，通信終端和交換設(shè)備的性能不斷提高，而價格卻迅速降低。 傳輸媒體由于資源有限，制造成本增加，即使采用原料豐富的光纖線路，但鋪設(shè)費用也在增長。其投資在整個通信網(wǎng)絡(luò)占有的比重越來越大。 信道復(fù)用技術(shù)是在一條傳輸信道中傳輸多路信號，以提高傳輸媒體的利用率。,2.4多路復(fù)用,1、 頻分復(fù)用 2、 時分復(fù)用 3、 碼分復(fù)用 4、 波分復(fù)用,2.4多路復(fù)用,1、頻分復(fù)用,當傳輸信道的帶寬較大，而所傳輸?shù)男盘栔恍璨糠謳捑涂蓪崿F(xiàn)有效傳送，則可以在信道中同時傳輸多路信號，每路信號占用部分帶寬。 頻分復(fù)用是按頻率劃分不同的子信道，每個子信道占用不同的頻率范圍。采用調(diào)制

32、技術(shù)，將信號搬移到信道相應(yīng)的頻段上。 頻分復(fù)用常用于載波電話系統(tǒng)、電視等。,2.4多路復(fù)用,1、頻分復(fù)用,頻率1,頻率3,頻率2,頻率4,時間,頻率,T4,T3,T2,T1,T1,T2,T3,T4,2.4多路復(fù)用,2、時分復(fù)用,時分復(fù)用是采用時間分片方式來實現(xiàn)傳輸信道的多路復(fù)用，即每一路信號傳輸都使用信道的全部帶寬，但只能使用其中某個時隙。 靜態(tài)時分復(fù)用中，多個數(shù)據(jù)終端的信號分別在預(yù)定的時隙內(nèi)傳輸，其分配關(guān)系固定，周期性使用，收發(fā)雙方保持同步，又稱同步時分復(fù)用。若無數(shù)據(jù)傳輸時，對應(yīng)時隙空閑。 靜態(tài)時分復(fù)用時高速傳輸介質(zhì)容量等于各個低速終端數(shù)據(jù)速率之和。,2.4多路復(fù)用,2、時分復(fù)用,頻率,時間

33、,B,C,D,B,C,D,B,C,D,B,C,D,2.4多路復(fù)用,2、時分復(fù)用,頻率,時間,C,D,C,D,C,D,C,D,A,A,A,A,2.4多路復(fù)用,2、時分復(fù)用,頻率,時間,B,D,B,D,B,D,B,D,A,A,A,A,2.4多路復(fù)用,2、時分復(fù)用,頻率,時間,B,C,B,C,B,C,B,C,A,A,A,A,2.4多路復(fù)用,2、時分復(fù)用,靜態(tài)時分復(fù)用中，每個數(shù)據(jù)終端的信號與傳輸時隙分配關(guān)系固定，無數(shù)據(jù)傳輸時，對應(yīng)時隙空閑。因此效率較低。 動態(tài)時分復(fù)用又稱異步時分復(fù)用，或稱統(tǒng)計時分復(fù)用（STDM），是按需分配媒體資源，提高了傳輸媒體的利用率。 動態(tài)時分復(fù)用中，用戶數(shù)據(jù)傳輸速率之和可以大

34、于高速線路傳輸容量。 動態(tài)時分復(fù)用中需要使用緩沖存儲和流量控制技術(shù)來保證數(shù)據(jù)正確傳送。,2.4多路復(fù)用,2、時分復(fù)用,A,B,C,D,a,a,b,b,c,d,b,c,a,t,t,t,t,t,4 個時分復(fù)用幀,#1,a,c,b,c,d,靜態(tài)時分復(fù)用,#2,#3,#4,用戶,2.4多路復(fù)用,2、時分復(fù)用,用戶,A,B,C,D,a,b,c,d,t,t,t,t,t,3 個 STDM 幀,#1,a,c,b,a,b,b,c,a,c,d,#2,#3,統(tǒng)計時分復(fù)用,2.4多路復(fù)用,3、碼分復(fù)用,碼分復(fù)用是蜂窩移動通信中迅速發(fā)展的一種信號處理方式。 常用的名詞是碼分多址 CDMA (Code Division

35、Multiple Access)。 這種系統(tǒng)發(fā)送的信號有很強的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。 每一個比特時間劃分為 m 個短的間隔，稱為碼片(chip)。,2.4多路復(fù)用,3、碼分復(fù)用,每個站被指派一個惟一的 m bit 碼片序列。 如發(fā)送比特 1，則發(fā)送自己的 m bit 碼片序列。 如發(fā)送比特 0，則發(fā)送該碼片序列二進制反碼。 例如，S 站的 8 bit 碼片序列是 00011011。 發(fā)送比特 1 時，就發(fā)送序列 00011011， 發(fā)送比特 0 時，就發(fā)送序列 11100100。 S 站的碼片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1),2.4多路復(fù)用,3、碼分復(fù)

36、用,每個站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且還必須互相正交(orthogonal)。 在實用的系統(tǒng)中是使用偽隨機碼序列。,2.4多路復(fù)用,令向量 S 表示站 S 的碼片向量，令 T 表示其他任何站的碼片向量。 兩個不同站的碼片序列正交，就是向量 S 和T 的規(guī)格化內(nèi)積(inner product)都是 0：,3、碼分復(fù)用,2.4多路復(fù)用,3、碼分復(fù)用,令向量 S 為(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)， 向量 T 為(1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)。 把向量 S 和 T 的各分量值代入公式就可看出這兩個碼片序列是正交的。,2.4多路復(fù)用,任何一個碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格

37、化內(nèi)積都是1 。 一個碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是 1。,3、碼分復(fù)用,2.4多路復(fù)用,3、碼分復(fù)用,S 站的碼片序列 S,1,1,0,t,t,t,t,t,t,m 個碼片,t,S 站發(fā)送的信號 Sx,T 站發(fā)送的信號 Tx,總的發(fā)送信號 Sx + Tx,規(guī)格化內(nèi)積 S Sx,規(guī)格化內(nèi)積 S Tx,數(shù)據(jù)碼元比特,發(fā) 送 端,接 收 端,2.4多路復(fù)用,4、波分復(fù)用,波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用，即在一根光纖上傳輸多路光載波信號。 密集波分復(fù)用（DWDM）是一種支持巨大數(shù)量信道的系統(tǒng)。 波分復(fù)用技術(shù)可以進一步提高光纖的傳輸容量，滿足通信需求量的迅速增長和多媒體通信。,2.4多路復(fù)用,4、

38、波分復(fù)用,1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 7,0 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm,8 2.5 Gb/s 1310 nm,20 Gb/s,復(fù) 用 器,分 用 器,EDFA,120 km,內(nèi)容綱要,數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù)傳輸方式 數(shù)據(jù)傳送技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù) 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 差錯控制技術(shù) 數(shù)據(jù)通信接口特征,2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù),交換是一種集中和轉(zhuǎn)接的概念。

39、如果網(wǎng)絡(luò)的分布范圍廣，用戶眾多，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)復(fù)雜。多個用戶之間的通信，如果采用點對點直接連接的方式，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大，費用高，線路利用率低。 采用交換方式，利用集中和轉(zhuǎn)接的概念，通過選擇和復(fù)用技術(shù)，可以提高線路資源的利用率，簡化網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，降低網(wǎng)絡(luò)成本。,網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),交換節(jié)點,轉(zhuǎn)接中心,用戶線,中繼線,全連通,2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù),交換 網(wǎng)絡(luò),用戶接口,中繼接口,控制 單元,信號 單元,中繼線,用戶線,（1）建立連接,（2）維持連接,（3）拆除連接,2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù),電路交換,報文交換,分組交換,快速分組交換,多速率電路交換,快速電路交換,存儲 - 轉(zhuǎn)發(fā),ATM交換,X.25分組網(wǎng),幀中繼、 S

40、MDS,信元交換,2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù),一個通信網(wǎng)絡(luò)由許多交換節(jié)點組成，信息在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸要經(jīng)過一系列的交換節(jié)點，從一條線路轉(zhuǎn)換的另一條線路，最后到達目的地。交換節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)信息的方式，就稱為交換方式。 電路交換 報文交換 分組交換,2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù),2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù),正向證實信號,正向拆線信號,主叫掛機,反向拆線信號,被叫掛機,被叫用戶,主叫用戶,回鈴音,取機,撥號,A局,B局,C局,掛機,1、電路交換,2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù),A B C D,t,1、電路交換,C1,C4,C3,C2,C3,本地網(wǎng),省中心,省間中心,地市中心,縣中心,長途網(wǎng),A,B,1、電路交換,2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù),2.5數(shù)據(jù)交換

41、技術(shù),電路交換是一種實時交換，適用于實時要求高的話音通信( 全程 200 ms ) 。 在通信前要通過呼叫為主、被叫用戶建立一條物理連接。如果呼叫請求數(shù)超過交換網(wǎng)的連接能力(過負荷)，用戶會聽到忙音。衡量電話交換服務(wù)質(zhì)量指標之一：呼叫損失率。 電路交換是預(yù)分配帶寬，話路接通后，即使無信息傳送也白白占電路，據(jù)統(tǒng)計，傳送話音時電路利用率僅為36%。 在傳送信息時，沒有任何差錯控制措施，不利于傳輸可靠性要求高的突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。,1、電路交換,2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù),t,用戶電報機B,用戶電報機A,A局,B局,C局,傳播時延,傳輸時延,存儲 / 處理時延,2、報文交換,A B C D,t,2.5數(shù)據(jù)交換技

42、術(shù),2、報文交換,(1) 交換節(jié)點采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式對每份報文完整地加以處理。 (2)每份報文中含有報頭，包含收、發(fā)雙方的地址，以便交換節(jié)點進行路由選擇，可以一對多地傳送報文。 (3) 報文交換可進行速率、碼型的變換，具有差錯控制措施。 (4)存儲轉(zhuǎn)發(fā)時延大，隨機性也大，過負荷時將會導(dǎo)致報文延遲。,2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù),2、報文交換,報文,A,主機,B,主機,C,鏈路,P5,P6,P4,P3,P2,P1,PSEa,PSEb,PSEc,2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù),3、分組交換,A B C D,2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù),3、分組交換,（1）可實現(xiàn)多路通信功能。 （2）采用統(tǒng)計時分多路復(fù)用，提高了線路利用率。 （3）

43、能夠?qū)崿F(xiàn)不同類型的數(shù)據(jù)終端設(shè)備（含有不同的傳輸速率、不同的編碼、不同的通信控制規(guī)程等）之間的通信。 （4）數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量高、可靠性高，可使用優(yōu)先級。 （5）提高了鏈路利用率，經(jīng)濟性好。,2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù),3、分組交換,由于采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式處理分組，所以分組在網(wǎng)內(nèi)的平均時延可達幾百毫秒。 每個分組附加的分組標題，都會需要交換機分析處理，而增加開銷，因此分組交換適宜于計算機通信的突發(fā)性或斷續(xù)性業(yè)務(wù)的需求，而不適合于在實時性要求高、信息量大的環(huán)境中應(yīng)用。 分組交換技術(shù)比較復(fù)雜，涉及到網(wǎng)絡(luò)的流量控制、差錯控制、編碼、速率的變換方法和接口；網(wǎng)絡(luò)的管理和控制的智能化等 。,2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù),3、分組交換

44、,內(nèi)容綱要,數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù)傳輸方式 數(shù)據(jù)傳送技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù) 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 差錯控制技術(shù) 數(shù)據(jù)通信接口特征,所謂差錯，就是在通信接收端收到的數(shù)據(jù)和發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)不一致的情況。 由于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳輸特性的不理想和外部干擾的存在，傳輸中出現(xiàn)差錯是不可避免的。 差錯控制的目的：用來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃耘c傳輸效率 。,2.6差錯控制技術(shù),2.6差錯控制技術(shù),1、差錯控制原理 2、差錯控制的方式 3、差錯控制編碼,隨機差錯 原因： 信道熱噪聲 特點： 隨機的、單個的 突發(fā)差錯 原因： 脈沖噪聲（如閃電） 特點： 成片的、連續(xù)的,2.6差錯控制技術(shù),1、差錯控制原理,差錯產(chǎn)生的原因,2.6差

45、錯控制技術(shù),在發(fā)送的數(shù)據(jù)碼元序列中加入監(jiān)督位，并進行某種變換，使它們和原來相互獨立的數(shù)據(jù)碼元之間具有某種約束關(guān)系。在接收端檢測接收的數(shù)據(jù)碼元和監(jiān)督碼元的約束關(guān)系，如果這種約束關(guān)系被破壞，則接收端就可以發(fā)現(xiàn)傳輸中的錯誤，甚至糾正錯誤。,1、差錯控制原理,變換的方法不同，就構(gòu)成了不同的編碼，因而產(chǎn)生不同的差錯控制方法。 檢錯碼可以發(fā)現(xiàn)傳輸錯誤，但不能自動糾正 糾錯碼可以自動糾正傳輸錯誤。 差錯控制是以降低效率為代價的。,2.6差錯控制技術(shù),1、差錯控制原理,自動請求重發(fā)：接收端在收到的信碼中檢測出錯碼時，即設(shè)法通知發(fā)送端重發(fā)。 前向糾錯：接收端不僅能在收到的信碼中發(fā)現(xiàn)有錯碼，而且能夠糾正錯碼。 混

46、合方式：對少量差錯予以自動糾正，而超過其糾正能力的差錯則通過重發(fā)的方法加以糾正。 信息反饋：接收端將收到的信碼原封不動地轉(zhuǎn)發(fā)會發(fā)送端，并與原發(fā)送信碼相比較。,2.6差錯控制技術(shù),2、差錯控制的方式,2.6差錯控制技術(shù),在二進制編碼中，設(shè)： 消息長度 k 比特，冗余信息 r 比特 實際傳輸長度為 n 比特，n=k+r 則 2k 2n 在 n 位二進制編碼的 2n 種組合中，能表示信息的 2k 種碼組稱為許用碼組，其余的稱為禁用碼組。 在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)禁用碼組，則表示差錯。,3、差錯控制編碼,2.6差錯控制技術(shù),碼間距離（d） ：兩個碼字的對應(yīng)位取值不同的個數(shù)。例： 10001001 10110001

47、 漢明距離（d0） ：一個有效編碼集中，任意兩個碼字的碼間距離的最小值。即一組編碼中的最小碼距。,碼間距離 d = 3,3、差錯控制編碼,漢明距離與糾錯檢錯能力 如果要能檢測 e 個差錯，則編碼集的漢明距離至少為 e + 1； 如果要能糾正 t 個差錯，則編碼集的 漢明距離至少為 2 t + 1； 如果要能檢測 e 個差錯，同時能糾正 t 個差錯（ e t ） ，則編碼集的漢明距離至少為 e + t + 1；,2.6差錯控制技術(shù),漢明距離與糾錯檢錯能力 例1 數(shù)據(jù) 編碼 0 0 00 000 1 1 11 111 漢明距離 d=1 d=2 d=3,例2 000000 000111 111000

48、 111111,收到010111,4 1 5 2,恢復(fù)000111,2.6差錯控制技術(shù),2.6差錯控制技術(shù),檢錯碼 恒比碼 正反碼 奇偶校驗碼 循環(huán)冗余碼（CRC） 糾錯碼 漢明碼（Hamming),3、差錯控制編碼,2.6差錯控制技術(shù),線性分組碼 線性碼：信息位和監(jiān)督位為線性關(guān)系。 分組碼：監(jiān)督位僅與本組信息位有關(guān)。 系統(tǒng)碼：前半部為未變化的信息位，后半部為生成的監(jiān)督位。 線性分組碼的性質(zhì) 封閉性：任意兩個有效碼組之和（模2加）仍為一個有效碼組。 碼的最小距離等于非零碼最小重量。,3、差錯控制編碼,碼長為n，信息位為k， 則監(jiān)督位數(shù) r = n -k r個監(jiān)督位構(gòu)造出r個監(jiān)督關(guān)系式來指示一位

49、錯碼的n 種可能位置： 2r 1 n 或 2r k + r + 1,2.6差錯控制技術(shù),3、差錯控制編碼,漢明碼,2.6差錯控制技術(shù),3、差錯控制編碼,漢明碼,S1= c6 c5 c4 c2 S2= c6 c5 c3 c1 S3= c6 c4 c3 c0,2.6差錯控制技術(shù),3、差錯控制編碼,漢明碼偶校驗關(guān)系,c2= c6 c5 c4 c1= c6 c5 c3 c0= c6 c4 c3,2.6差錯控制技術(shù),3、差錯控制編碼,漢明碼校驗位生成式,例2-8 假如在接收端收到碼字0000011，請判斷是否有錯？如何糾正？ 解：按以上校正因子的計算式 可得： S1= c6 c5 c4 c2=0， S2

50、= c6 c5 c3 c1=1， S3= c6 c4 c3 c0=1， 因為三個校正因子不全為0，說明碼字有錯，錯誤位置為S=S1S2S3=011=3，即信息位c3有錯，將c3上的0變?yōu)?，即可糾正錯誤。最后去掉校驗位，得到正確信息位為0001。,2.6差錯控制技術(shù),3、差錯控制編碼,漢明碼,循環(huán)冗余碼 （CRC）是一種特殊的線性分組碼。 循環(huán)冗余碼各碼組中的碼元循環(huán)左移(或右移)，所形成的碼組仍然是一個許用碼組(全零碼組除外)，稱為循環(huán)性。 循環(huán)冗余碼具有較高的檢錯能力。,2.6差錯控制技術(shù),3、差錯控制編碼,循環(huán)冗余碼（CRC）,2.6差錯控制技術(shù),例如 A4=0111001，對應(yīng)的碼多項

51、式為 ：,碼多項式,(n，k)循環(huán)碼中，為了便于描述與計算，經(jīng)常使用 n-1 次 碼多項式來表示碼字，碼字 A =an-1 an-2 a1 a0 ，它對應(yīng)的碼多項式為：,在(n，k)循環(huán)碼中，存在惟一的最高冪次為(n-k)，最多 k-1 個連續(xù)的 0 項，且常數(shù)項必須為1 的碼多項式g(x)，此碼多項式的冪次最低（0 元除外）；其它所有的碼多項式都能被g(x)整除；并且g(x)是 xn+1 的一個因式。 g(x)稱為該編碼集的生成多項式。,生成多項式 g(x),2.6差錯控制技術(shù),CRC-16,CRC-CCITT,CRC-32,標準生成多項式,3、差錯控制編碼,2.6差錯控制技術(shù),選擇 r 階

52、生成多項式 G(x) ，rnk 在數(shù)據(jù)幀末尾加 r 個0，形成多項式 xrM(x) xrM(x) R(x) G(x) G(x) 移項得： xrM(x) R(x) Q(x) G(x) 發(fā)送循環(huán)碼多項式 T(x) = xrM(x) R(x) 檢錯標準：接收端檢測T(x) / G(x)是否為零, Q(x) ,循環(huán)冗余碼CRC的編碼和檢錯,3、差錯控制編碼,2.6差錯控制技術(shù),例1：設(shè)信息流為10110011 ， G（X）= X4+X+1，即10011,101100110000,10011,10101100,10011,01010,00000,10101,10011,0100 余數(shù),10110011,

53、0100,發(fā)送信息流為：,3、差錯控制編碼,2.6差錯控制技術(shù),例2 ：CRC檢錯 數(shù)據(jù)幀 1101011011（ M(x) ，m=10 ） 生成多項式G(x) = x4 + x + 1（r=4） 生成多項式也可表示為 10011 以2為模的除法： 11010110110000 /10011 = 1110 發(fā)送幀 11010110111110（以2為模的減法） 接收端檢測：11010110111110 /10011 = 0,3、差錯控制編碼,2.6差錯控制技術(shù),以2為模的除法和 減法（加法） 1100001010 10011）11010110110000 10011 1001111010110

54、110000 10011 1110 10110 11010110111110 10011 10100 10011 余數(shù) 1110,G(x),發(fā)送序列 T(x) =xrM(x) 余數(shù),xrM(x),3、差錯控制編碼,2.6差錯控制技術(shù),在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼稱為幀檢驗序列 FCS (Frame Check Sequence)。 循環(huán)冗余檢驗 CRC 和幀檢驗序列 FCS并不等同。 CRC 是一種常用的檢錯方法，而 FCS 是添加在數(shù)據(jù)后面的冗余碼。 FCS 可以用 CRC 這種方法得出，但 CRC 并非用來獲得 FCS 的惟一方法。,3、差錯控制編碼,循環(huán)冗余碼（CRC）,2.6差錯控制技術(shù),

55、得出的余數(shù) R 不為 0，就表示檢測到差錯。但這種檢測方法并不能確定究竟是哪一個或哪幾個比特出現(xiàn)了差錯。 一旦檢測出差錯，就丟棄這個出現(xiàn)差錯的幀。 只要經(jīng)過嚴格的挑選，并使用位數(shù)足夠多的除數(shù) P，那么出現(xiàn)檢測不到的差錯的概率就很小很小。,3、差錯控制編碼,循環(huán)冗余碼（CRC）,2.6差錯控制技術(shù),僅用循環(huán)冗余檢驗 CRC 差錯檢測技術(shù)只能做到無差錯接受(accept)。 “無差錯接受”是指：“凡是接受的幀（即不包括丟棄的幀），我們都能以非常接近于 1 的概率認為這些幀在傳輸過程中沒有產(chǎn)生差錯”。 要做到“可靠傳輸”（即發(fā)送什么就收到什么）就必須再加上確認和重傳機制。,3、差錯控制編碼,循環(huán)冗余碼（CRC）,2.6差錯控制技術(shù),內(nèi)容綱要,數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù)傳輸方式 數(shù)據(jù)傳送技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù) 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 差錯控制技術(shù) 數(shù)據(jù)通信接口特征,2.7數(shù)據(jù)通信接口特性,物理層基本概念,物理層是OSI參考模型中的最低一層，向下是與物理設(shè)備之間的接口，直接與傳輸介質(zhì)相連接，使