《接口與通信》第七章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)ok

1、1第七章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)華北電力大學(xué)計算機系27.1 基本概念&1 通信的概念&指信息從某一地向另一地進(jìn)行有效的傳遞。q在古代，人們通過驛站、飛鴿傳書、烽火報警、符號、身體語言、眼神、觸碰等方式進(jìn)行信息傳遞。q今天，隨著現(xiàn)代科學(xué)水平的飛速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了無線電、固定電話、移動電話、互聯(lián)網(wǎng)甚至視頻電話等各種通信方式。 &由于現(xiàn)代意義上的通信與計算機已密不可分了，它是人與計算機或計算機與計算機之間的信息交換過程。因此，我們可將通信定義為：利用電子等技術(shù)手段，借助電利用電子等技術(shù)手段，借助電(或光或光)信號實現(xiàn)從某一端信號實現(xiàn)從某一端(常稱為信源端或發(fā)送端常稱為信源端或發(fā)送端)

2、向另一端向另一端(常稱常稱為信宿端或接收端為信宿端或接收端)進(jìn)行信息的有效傳遞和交換。進(jìn)行信息的有效傳遞和交換。32 通信系統(tǒng)模型&具體通信系統(tǒng)中涉及大量具體設(shè)備，但所有通信系統(tǒng)可以具體通信系統(tǒng)中涉及大量具體設(shè)備，但所有通信系統(tǒng)可以抽象為一個通信模型，對一般點到點通信系統(tǒng)均包含以下抽象為一個通信模型，對一般點到點通信系統(tǒng)均包含以下五部分五部分:信源信源、變換器變換器、信道信道、反變換器反變換器、信宿信宿，基本?；灸Ｐ腿鐖D。型如圖。發(fā)信息端，將各類消發(fā)信息端，將各類消息轉(zhuǎn)換成信號。息轉(zhuǎn)換成信號。收信息端，將接收到的收信息端，將接收到的信號還原成消息。信號還原成消息。信息傳輸通路，一般包

3、括信息傳輸通路，一般包括傳輸媒介及有關(guān)的設(shè)備如傳輸媒介及有關(guān)的設(shè)備如中繼器等。中繼器等。將信源產(chǎn)生的信號變換成將信源產(chǎn)生的信號變換成適合在信道傳輸?shù)男盘?。適合在信道傳輸?shù)男盘?。完成信號的反變換，將信號完成信號的反變換，將信號還原成信宿能接收的信號還原成信宿能接收的信號。噪聲不是通信模型中的一部分，但實際噪聲不是通信模型中的一部分，但實際系統(tǒng)中不可避免，傳輸?shù)男盘枙辉肼曄到y(tǒng)中不可避免，傳輸?shù)男盘枙辉肼曀蓴_，從而產(chǎn)生誤碼。所干擾，從而產(chǎn)生誤碼。信源輸出的信號稱為基帶信號，即沒有經(jīng)過調(diào)制（頻率搬移）的原始信號，其特點是頻率較低。 4&基帶傳輸基帶傳輸q在數(shù)字信道中，二進(jìn)制數(shù)字序列通常以

4、方波（矩形波）形式進(jìn)行傳輸，即“1”或“0”分別用高（或低）電平表示，方波信號所固有的頻帶稱為基帶，未經(jīng)調(diào)制的方波信號稱為基帶信號，在信道上不經(jīng)調(diào)制直接傳送數(shù)據(jù)的基帶信號稱為基帶傳輸。基帶傳輸也稱為直流傳輸，基帶信號容易發(fā)生畸變，傳輸距離受到限制，常見于LAN。&頻帶傳輸頻帶傳輸q將基帶信號經(jīng)調(diào)制轉(zhuǎn)換為模擬信號（交流信號）在模擬信道上傳輸，稱為頻帶傳輸。由于交流信號不含直流分量，所以信號畸變小，適用于長距離傳輸，常見于WAN。&寬帶傳輸寬帶傳輸q在具有較大帶寬的電纜（如有線電視）上采用多路復(fù)用技術(shù)同時傳輸多路載波信號的方式稱為寬帶傳輸。經(jīng)調(diào)制分割成的各個子頻帶可用于模擬信號或數(shù)

5、字信號的傳輸。53. 通信系統(tǒng)的分類&按傳輸介質(zhì)分：q 有線通信、無線通信&按工作頻段分：q 長波通信、中波通信、短波通信、微波通信 &按調(diào)制方式分：q 基帶傳輸、頻帶傳輸&按業(yè)務(wù)的不同分：q 電報、電話、傳真、數(shù)據(jù)傳輸、可視電話、無線尋呼等&按收信者是否運動分：q 移動通信、固定通信 &按信道中所傳信號的不同分：q 數(shù)字通信、模擬通信 6模擬信號與數(shù)字信號&模擬信號是指其幅度隨時間而連續(xù)變化的信號。有兩個主要參數(shù)：振幅A和頻率f。&數(shù)字信號是指其幅度是時間的離散函數(shù)。7模擬通信系統(tǒng)&信道中傳輸模擬信號的系統(tǒng)稱為模擬通信系

6、統(tǒng)。q基本特征是傳輸?shù)男盘柧哂须S時間“連續(xù)”變化的特性。&由于模擬通信系統(tǒng)的信源端和信宿端的信號都是基帶信號，而信道傳輸?shù)男盘枮槟M信號(即頻帶信號)，因此，在該系統(tǒng)中包含著兩種重要變換。 q一種是將基帶信號轉(zhuǎn)換成適應(yīng)模擬信道傳輸?shù)念l帶信號，即調(diào)制變換調(diào)制變換，它由調(diào)制器完成。q另一種是在接收端將頻帶信號還原成對應(yīng)的基帶信號，即解解調(diào)變換調(diào)變換，它由解調(diào)器完成。模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型8數(shù)字通信系統(tǒng)&信道中傳輸數(shù)字信號的系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。信道中傳輸數(shù)字信號的系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。q比如，計算機通信、數(shù)字電視或數(shù)字電話等都屬于數(shù)字通信比如，計算機通信、數(shù)字電視或數(shù)字電

7、話等都屬于數(shù)字通信q基本特征是傳輸?shù)男盘柧哂须S時間基本特征是傳輸?shù)男盘柧哂须S時間“離散離散”或或“數(shù)字?jǐn)?shù)字”變化的特變化的特性性&數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖譯譯信源編碼器信源編碼器的主要作用是實現(xiàn)的主要作用是實現(xiàn)模模/數(shù)轉(zhuǎn)換。數(shù)轉(zhuǎn)換。信源譯碼器信源譯碼器的作用的作用則是編碼的逆過程，即實現(xiàn)數(shù)則是編碼的逆過程，即實現(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換。模轉(zhuǎn)換。信道編碼器信道編碼器和和譯碼器譯碼器的主要作用就是能夠自動地檢的主要作用就是能夠自動地檢測出信號錯誤或糾正錯誤。測出信號錯誤或糾正錯誤。信道編碼器的輸出和信道譯碼器的輸入都是數(shù)字信號信道編碼器的輸出和信道譯碼器的輸入都是數(shù)字信號(或稱基帶信號

8、或稱基帶信號)，為，為充分利用信道帶寬，通常將基帶信號經(jīng)過調(diào)制變換成與信道相匹配的頻帶充分利用信道帶寬，通常將基帶信號經(jīng)過調(diào)制變換成與信道相匹配的頻帶信號信號(即模擬信號即模擬信號)。接收端再將接收到的頻帶信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。接收端再將接收到的頻帶信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。94. 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)&通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)包括通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)包括q有效性有效性: 通信系統(tǒng)傳輸消息的通信系統(tǒng)傳輸消息的“效率效率”問題問題q可靠性可靠性: 信系統(tǒng)傳輸消息的信系統(tǒng)傳輸消息的“質(zhì)量質(zhì)量”問題問題q適應(yīng)性適應(yīng)性: 通信系統(tǒng)使用時的環(huán)境條件通信系統(tǒng)使用時的環(huán)境條件q經(jīng)濟性經(jīng)濟性: 系統(tǒng)的成

9、本問題系統(tǒng)的成本問題q保密性保密性: 系統(tǒng)對所傳信號的加密措施系統(tǒng)對所傳信號的加密措施q標(biāo)準(zhǔn)性標(biāo)準(zhǔn)性: 系統(tǒng)的接口、各種結(jié)構(gòu)及協(xié)議是否符合國家、國際標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)的接口、各種結(jié)構(gòu)及協(xié)議是否符合國家、國際標(biāo)準(zhǔn)。q維護性維護性: 系統(tǒng)是否維修方便系統(tǒng)是否維修方便&其中最主要的性能指標(biāo)是其中最主要的性能指標(biāo)是有效性有效性與與可靠性可靠性。q這兩者既相互矛盾又相互聯(lián)系，在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)換。這兩者既相互矛盾又相互聯(lián)系，在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)換。q通常只能要求在滿足一定可靠性指標(biāo)下，盡量提高通信系統(tǒng)的有通常只能要求在滿足一定可靠性指標(biāo)下，盡量提高通信系統(tǒng)的有效性。效性。10有效性&對

10、于數(shù)字通信系統(tǒng)，有效性可用一定信道條件下信息速率信息速率來衡量。&若碼元速率為Rs，信息速率為Rb，每個碼元有N種可能采用的符號，則它們之間的關(guān)系為：&碼元碼元：數(shù)字信號中每一位的通稱。即可以用二進(jìn)制表示，也可以用其它進(jìn)制的數(shù)表示。&碼元速率碼元速率又稱傳碼率或波特率:指每秒鐘信號變化的次數(shù)指每秒鐘信號變化的次數(shù)，也稱調(diào)制速率，單位是波特（單位是波特（Baud）。&信息速率信息速率又稱比特率：指每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)指每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)，單位是單位是b/s。&如當(dāng)碼元用八進(jìn)制表示時，每個信號值可表示位二進(jìn)制，則比特率是波特率的倍；當(dāng)碼元用二進(jìn)制表示時

11、，則比特率和波特率相同。或11可靠性&通信系統(tǒng)的可靠性可用通信系統(tǒng)的可靠性可用錯誤率錯誤率來衡量。錯誤率又分為來衡量。錯誤率又分為誤比誤比特率特率和和誤碼率誤碼率。&誤比特率誤比特率Pb是指錯誤接收的信息的比特數(shù)在傳輸信息的總是指錯誤接收的信息的比特數(shù)在傳輸信息的總比特數(shù)中所占的比例。一般要求系統(tǒng)誤比特率比特數(shù)中所占的比例。一般要求系統(tǒng)誤比特率Pb108& & Pb= 100%&誤碼率誤碼率Pe意指錯誤接收的信息的碼元數(shù)在傳輸信息的總碼意指錯誤接收的信息的碼元數(shù)在傳輸信息的總碼元數(shù)中所占的比例。元數(shù)中所占的比例。& Pe= 100% 125.信道

12、的帶寬和傳輸速率&（一）信道（一）信道q通俗地說是指以傳輸媒介（質(zhì)）為基礎(chǔ)的信號通路。q信道是指由有線或無線電線路提供的信號通路。q包括傳輸媒體和有關(guān)中間通信設(shè)備。&信道的作用是傳輸信號，習(xí)慣上，又把信道稱之為線路。&分類：有線信道和無線信道q沿導(dǎo)體傳播的信道常稱之為有線信道q在自由空間傳播的信道常稱之為無線信道13有線信道&有線信道以導(dǎo)線為傳輸媒質(zhì)，信號沿導(dǎo)線進(jìn)行傳輸，信號的能量集中在導(dǎo)線附近。q傳輸效率高，但是部署不夠靈活。&這類信道除了傳輸媒體(導(dǎo)線)外，每隔一定距離需要設(shè)置增音器或中繼器等放大設(shè)備。q有線信道的傳輸媒體有：架空明線、對稱電纜、同軸

13、電纜和光纖等。q有線信道是現(xiàn)代通信網(wǎng)中最常用的信道之一。如對稱電纜（又稱電話電纜）廣泛應(yīng)用于（市內(nèi)）近程傳輸。 q近年來，由于光纖通信的發(fā)展，同軸電纜正在逐漸被光纜取代。具有容量大、中繼距離遠(yuǎn)等優(yōu)點，而且不怕電磁干擾，與同軸電纜相比可以大量節(jié)約有色金屬和能源。14無線信道&電磁波在自由空間中傳播，為了使傳播距離更遠(yuǎn)，常用頻電磁波在自由空間中傳播，為了使傳播距離更遠(yuǎn)，常用頻率很高的震蕩波來發(fā)送，因此必須有一個高頻發(fā)射機，產(chǎn)率很高的震蕩波來發(fā)送，因此必須有一個高頻發(fā)射機，產(chǎn)生高頻震蕩波，通過天線發(fā)送出去；在接收端，通過接收生高頻震蕩波，通過天線發(fā)送出去；在接收端，通過接收天線和接收機來接收

14、之。天線和接收機來接收之。&發(fā)送機、接收機和天線就組成了無線通信。發(fā)送機、接收機和天線就組成了無線通信。q無線信道的傳輸特性沒有有線信道的傳輸特性穩(wěn)定和可靠。無線信道的傳輸特性沒有有線信道的傳輸特性穩(wěn)定和可靠。q但無線信道具有方便、靈活，通信者可移動等優(yōu)點。但無線信道具有方便、靈活，通信者可移動等優(yōu)點。& 無線信道可分為：無線信道可分為：q長波：特種通信如海上通信等長波：特種通信如海上通信等q中波：電視廣播等中波：電視廣播等q短波：廣泛用于移動通信短波：廣泛用于移動通信q微波：國內(nèi)長途電話和電視節(jié)目微波：國內(nèi)長途電話和電視節(jié)目15（二）信道的帶寬&信道是電信號通過的路徑

15、，有一定的容量，信道容量是指信道是電信號通過的路徑，有一定的容量，信道容量是指信道信道傳輸信號頻率的范圍傳輸信號頻率的范圍，這個范圍成為該信道的寬度，這個范圍成為該信道的寬度，或稱為帶寬（或稱為帶寬（bandwidth）。）。&信道的容量主要取決于信道的帶寬，信道的帶寬是由傳輸信道的容量主要取決于信道的帶寬，信道的帶寬是由傳輸線路本身的傳輸媒質(zhì)和有關(guān)附加設(shè)備與信號的頻率所共同線路本身的傳輸媒質(zhì)和有關(guān)附加設(shè)備與信號的頻率所共同決定的。決定的。&通常用一個信道的截止頻率來衡量帶寬。通常用一個信道的截止頻率來衡量帶寬。q若通過零到某個頻率的信號時，對某個頻率的信號產(chǎn)生較大若通過零到某

16、個頻率的信號時，對某個頻率的信號產(chǎn)生較大衰減時的頻率，稱之為截止頻率。此信道的帶寬就是這個截衰減時的頻率，稱之為截止頻率。此信道的帶寬就是這個截止頻率。止頻率。&例如，一般電話線路的頻率超過例如，一般電話線路的頻率超過3000Hz時，通話就無法時，通話就無法進(jìn)行，我們就說電話話頻線路的帶寬為進(jìn)行，我們就說電話話頻線路的帶寬為3000Hz。16（三）傳輸速率&表征一個信道傳輸數(shù)字信號能力的指標(biāo)為數(shù)據(jù)速率，是以表征一個信道傳輸數(shù)字信號能力的指標(biāo)為數(shù)據(jù)速率，是以信道信道每秒鐘所能傳送的比特每秒鐘所能傳送的比特為單位的。為單位的。q比特就是計算機中常用的二進(jìn)制位。上述單位我們常稱為比比

17、特就是計算機中常用的二進(jìn)制位。上述單位我們常稱為比特秒或者位秒，有時也簡記為特秒或者位秒，有時也簡記為bs或者或者bps。&信道的最大傳輸數(shù)據(jù)速率是受信道的帶寬限制的，對于無信道的最大傳輸數(shù)據(jù)速率是受信道的帶寬限制的，對于無噪聲的信道，下面的奈奎斯特公式給出了這種限制關(guān)系：噪聲的信道，下面的奈奎斯特公式給出了這種限制關(guān)系：qH：低通信道的帶寬，：低通信道的帶寬，Hz ；qL：某時刻數(shù)字信號可能取的離散值的個數(shù)：某時刻數(shù)字信號可能取的離散值的個數(shù)qC：該信道的最大數(shù)據(jù)速率，：該信道的最大數(shù)據(jù)速率，bps &例如，一個無噪聲帶寬為例如，一個無噪聲帶寬為2000 Hz的信道不能傳送速

18、率超的信道不能傳送速率超過過4000 b/s的二進(jìn)制數(shù)字信號。的二進(jìn)制數(shù)字信號。17（三）傳輸速率&香農(nóng)（香農(nóng)（Shannon）則進(jìn)一步研究了受隨機噪聲干擾信道）則進(jìn)一步研究了受隨機噪聲干擾信道的情況，并給出了香農(nóng)公式：的情況，并給出了香農(nóng)公式：&S:信號功率信號功率(kW)，N:噪聲功率噪聲功率(kW) ; S/N信噪比信噪比&由于實際使用的信道，信噪比都要足夠大，常用由于實際使用的信道，信噪比都要足夠大，常用10lg (S/N)表示，單位是分貝（表示，單位是分貝（dB），在使用公式時要特別注意。），在使用公式時要特別注意。&例如，對于一個帶寬為例如，對于一個

19、帶寬為6 kHz，信噪比為，信噪比為35 dB的信道。的信道。根據(jù)香農(nóng)定理，無論其使用多少個量化電平，也不管抽樣根據(jù)香農(nóng)定理，無論其使用多少個量化電平，也不管抽樣速率多快，其數(shù)據(jù)傳輸率不可能大于速率多快，其數(shù)據(jù)傳輸率不可能大于7104b/s.10lg (S/N)=35S/N=103.5=3162Cmax=6000log2(1+3162) 600011.63=69780 b/s香農(nóng)的結(jié)論是根據(jù)信息論推導(dǎo)出來的，適用范圍非常廣。但是，它僅僅給出了一個理論極限。在實際應(yīng)用中，要接近這個極限是相當(dāng)困難的。 186. 數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù)&數(shù)據(jù)通信傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，它要求傳送線的頻帶很寬，數(shù)據(jù)通信

20、傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，它要求傳送線的頻帶很寬，為降低傳輸成本，在長途通信中通常將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模為降低傳輸成本，在長途通信中通常將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號進(jìn)行傳輸，即選擇一種載波擬信號進(jìn)行傳輸，即選擇一種載波連續(xù)的正弦波，經(jīng)連續(xù)的正弦波，經(jīng)調(diào)制后以波形的變化來表示數(shù)據(jù)調(diào)制后以波形的變化來表示數(shù)據(jù)“1”或或“0”。q數(shù)字信號在進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信時，往往借用現(xiàn)有的公用電話網(wǎng)數(shù)字信號在進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信時，往往借用現(xiàn)有的公用電話網(wǎng)&電話網(wǎng)絡(luò)模擬信號，計算機數(shù)字信號。電話網(wǎng)絡(luò)模擬信號，計算機數(shù)字信號。&遠(yuǎn)距離通信時需要通過普通電話網(wǎng)絡(luò)傳輸遠(yuǎn)距離通信時需要通過普通電話網(wǎng)絡(luò)傳輸q要使數(shù)字信號在電話網(wǎng)

21、絡(luò)上傳輸，需要進(jìn)行信號變換要使數(shù)字信號在電話網(wǎng)絡(luò)上傳輸，需要進(jìn)行信號變換把數(shù)字信把數(shù)字信號承載到模擬信號上傳輸號承載到模擬信號上傳輸，這個模擬信號稱為載波信號這個模擬信號稱為載波信號。&調(diào)制調(diào)制把數(shù)字信號承載到載波信號上把數(shù)字信號承載到載波信號上&解調(diào)解調(diào)從載波信號中恢復(fù)出數(shù)字信號從載波信號中恢復(fù)出數(shù)字信號&調(diào)制解調(diào)器：實現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)的設(shè)備調(diào)制解調(diào)器：實現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)的設(shè)備q發(fā)送時將二進(jìn)制數(shù)據(jù)調(diào)制成音頻模擬信號發(fā)送時將二進(jìn)制數(shù)據(jù)調(diào)制成音頻模擬信號;q接收時對音頻模擬信號進(jìn)行解調(diào)還原成數(shù)字信號接收時對音頻模擬信號進(jìn)行解調(diào)還原成數(shù)字信號19&調(diào)制調(diào)制 調(diào)制就是進(jìn)行波形

22、變換?；蛘哒f進(jìn)行頻譜變換，即將基帶調(diào)制就是進(jìn)行波形變換?；蛘哒f進(jìn)行頻譜變換，即將基帶數(shù)字信號的頻譜變換成適合于在模擬信道中傳輸?shù)念l譜。數(shù)字信號的頻譜變換成適合于在模擬信道中傳輸?shù)念l譜。&實現(xiàn)：實現(xiàn)： 調(diào)制器調(diào)制器(Modulator)(Modulator): :波形變換器波形變換器, , 將數(shù)字基帶的波形變換將數(shù)字基帶的波形變換成適合于模擬信道傳輸?shù)牟ㄐ?。成適合于模擬信道傳輸?shù)牟ㄐ巍?解調(diào)器解調(diào)器(Demodulator)(Demodulator): :波形識別器波形識別器, ,將模擬信號恢復(fù)成原來將模擬信號恢復(fù)成原來的數(shù)字信號。的數(shù)字信號。調(diào)制器調(diào)制器解調(diào)器解調(diào)器0100100100

23、10調(diào)制20通信系統(tǒng)模型21調(diào)制方式根據(jù)載波 Acos(t + )的三個參數(shù)：幅度、頻率、相位，產(chǎn)生常用的三種調(diào)制技術(shù)：q幅移鍵控法 Amplitude-Shift Keying (ASK)q頻移鍵控法 Frequency-Shift Keying (FSK)q相移鍵控法 Phase-Shift Keying (PSK) &ASK (調(diào)幅) 用載波信號的不同幅度代表1和0&FSK (調(diào)頻) 用載波信號的不同頻率代表1和0&PSK (調(diào)相) 用載波信號的相位變化代表1和0（有變化為1，無變化為0）“1”“1”對應(yīng)有載波對應(yīng)有載波, , “ “0” 0” 對應(yīng)無對應(yīng)無載波載

24、波 “ “0”0”對應(yīng)對應(yīng)”f1”, “1”f1”, “1”對應(yīng)對應(yīng)“f2”f2”22三種調(diào)制方式的調(diào)制波形圖 移幅鍵控法（移幅鍵控法（ASK）抗干擾性能力較差，容易受到外界影響，是一種）抗干擾性能力較差，容易受到外界影響，是一種效率較低的編碼技術(shù)。效率較低的編碼技術(shù)。 移頻鍵控法（移頻鍵控法（FSK）的抗干擾性比移幅鍵控法稍強，在話音線路上的）的抗干擾性比移幅鍵控法稍強，在話音線路上的典型數(shù)據(jù)速率為典型數(shù)據(jù)速率為1200bps。 移相鍵控法（移相鍵控法（PSK）占用頻帶較窄，抗干擾性能較強，在話音線路上）占用頻帶較窄，抗干擾性能較強，在話音線路上的典型數(shù)據(jù)速率為的典型數(shù)據(jù)速率為9600bps

25、，具有更高的數(shù)據(jù)傳輸率。，具有更高的數(shù)據(jù)傳輸率。237. 多路復(fù)用&多路復(fù)用是指多路復(fù)用是指多路獨立信號同時利用同一個信道進(jìn)行傳輸多路獨立信號同時利用同一個信道進(jìn)行傳輸。它對于提高線路利用率、充分發(fā)揮傳輸系統(tǒng)的功能是十分它對于提高線路利用率、充分發(fā)揮傳輸系統(tǒng)的功能是十分重要的。重要的。&常用的多路復(fù)用技術(shù)主要有：常用的多路復(fù)用技術(shù)主要有：q頻分多路復(fù)用（頻分多路復(fù)用（FDM）q時分多路復(fù)用（時分多路復(fù)用（TDM）&頻分多路復(fù)用（頻分多路復(fù)用（FDM）&指指各路信號同時在同一個信道中傳輸時占用不同的頻帶各路信號同時在同一個信道中傳輸時占用不同的頻帶。即把各路信號通

26、過調(diào)制把它們搬到各自不同的頻段，然后即把各路信號通過調(diào)制把它們搬到各自不同的頻段，然后在同一個信道上同時傳輸。在同一個信道上同時傳輸。24頻分制多路復(fù)用FDM&其原理是把具有較大帶寬的傳輸線路的頻率劃分成若干個較小的頻率范圍，它們之間沒有重疊，由此構(gòu)成多個帶寬較小的信道f1，f2，fn，分別分配給多對用戶進(jìn)行通信傳輸。每一路信號經(jīng)調(diào)制變成不同的載波頻率，并經(jīng)頻分多路復(fù)用器將各路信號組成一個合成信號進(jìn)行傳輸。如圖所示。頻分制多路復(fù)用常用于模擬信號的傳輸頻分制多路復(fù)用常用于模擬信號的傳輸，如收音機、電視機等。25頻分制多路復(fù)用FDM&電話系統(tǒng)是頻分多路復(fù)用的典型例子。電話線帶寬為2

27、50 K Hz，音頻信號的有效范圍為300 - 3400 Hz，4K Hz 的帶寬足以傳輸音頻信號。根據(jù)CCITT標(biāo)準(zhǔn)，將60K - 108 K Hz的帶寬分配給電話音頻線路，可分成12路音頻載波信道。如圖處理后的信號經(jīng)高速線路傳送，接收端通過解調(diào)、濾波等處理即可還原源信號。26時分制多路復(fù)用TDM&時分多路復(fù)用是指各路信號同時在同一信道中傳輸時占有各路信號同時在同一信道中傳輸時占有不同的時間間隔不同的時間間隔。&實現(xiàn)原理：將一條物理的傳輸線路按時間分成若干時間片，將每路信號分配在不同的時間間隔內(nèi)傳輸。為達(dá)到各路信號互相分開的目的，這種方法的信號分割參量是信號占用的時間，要求復(fù)

28、用的各路信號在時間上互不重疊，從而實現(xiàn)信道的多路復(fù)用。27時分制多路復(fù)用TDM&時分制多路復(fù)用常用于數(shù)字信號的傳輸。時分制多路復(fù)用常用于數(shù)字信號的傳輸。 時分制多路復(fù)用對于每一個輸入端均會分配一個時槽，傳輸速度為各傳輸設(shè)備速率的總和，而不論其是否傳輸數(shù)據(jù)，如圖。287.2 通信協(xié)議&通信協(xié)議，也叫通信控制規(guī)程q通信雙方要遵從的一組約定和規(guī)則的集合q定義了數(shù)據(jù)格式、同步方式、傳輸速度、檢錯糾錯方式、控制字符定義等&在數(shù)據(jù)通信中，傳輸?shù)膶ο笫且幌盗械亩M(jìn)制“0”或“1”位串，但在不同的位置可能有不同的含義：q有的只是用于同步q有的代表了通信雙方的地址q有的是一些控制信息q有

29、些是為了差錯檢測或糾正而加上去的冗余位q但大多數(shù)是要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)本身&這些都是在通信協(xié)議中事先約定好的。29信息的傳輸方式&并行數(shù)據(jù)傳輸并行數(shù)據(jù)傳輸q多位同時傳輸；多根傳輸線多位同時傳輸；多根傳輸線q計算機內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞采用并行傳輸方式計算機內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞采用并行傳輸方式&串行數(shù)據(jù)傳輸串行數(shù)據(jù)傳輸q一位一位的傳輸數(shù)據(jù)；一根傳輸線；一位一位的傳輸數(shù)據(jù)；一根傳輸線；q網(wǎng)絡(luò)中大多采用串行傳輸方式；網(wǎng)絡(luò)中大多采用串行傳輸方式；301 串行通信 &在串行通信中，在串行通信中，傳送信息只占用一條傳輸線傳送信息只占用一條傳輸線，是一種廣泛應(yīng)用的傳輸，是一種廣泛應(yīng)用的傳輸方式。方式。

30、q這種傳輸方式的優(yōu)點是這種傳輸方式的優(yōu)點是線路成本低線路成本低、架設(shè)維護方便架設(shè)維護方便，適合遠(yuǎn)距離適合遠(yuǎn)距離傳輸傳輸，常見于廣域網(wǎng)；缺點是，常見于廣域網(wǎng)；缺點是傳輸速率較慢傳輸速率較慢。&在串行通信中，根據(jù)對數(shù)據(jù)流的分界、定時及同步方式的不同，有兩在串行通信中，根據(jù)對數(shù)據(jù)流的分界、定時及同步方式的不同，有兩種最基本的通信方式種最基本的通信方式：q異步串行通信異步串行通信v以字符為信息單位傳送。每個字符作為一個獨立的信息單位以字符為信息單位傳送。每個字符作為一個獨立的信息單位（1幀數(shù)據(jù)），可以隨機出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流中，幀數(shù)據(jù)），可以隨機出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流中，“異步異步”主要體現(xiàn)主要體現(xiàn)在字符與字符

31、之間的通信沒有嚴(yán)格的定時要求。在字符與字符之間的通信沒有嚴(yán)格的定時要求。q同步串行通信同步串行通信v以數(shù)據(jù)塊（字符塊）為信息單位傳送，傳送一旦開始，要求每以數(shù)據(jù)塊（字符塊）為信息單位傳送，傳送一旦開始，要求每幀信息內(nèi)部的每一位都要同步，同步串行通信不僅字符內(nèi)部的幀信息內(nèi)部的每一位都要同步，同步串行通信不僅字符內(nèi)部的位傳送是同步的，字符與字符之間的傳送也是同步的。位傳送是同步的，字符與字符之間的傳送也是同步的。&數(shù)據(jù)收發(fā)的同步方式是指接收端需要按照發(fā)送端所發(fā)送信號的起止時數(shù)據(jù)收發(fā)的同步方式是指接收端需要按照發(fā)送端所發(fā)送信號的起止時間和間隔時間接收數(shù)據(jù)，使得發(fā)送與接收在步調(diào)上一致，否則將造

32、成間和間隔時間接收數(shù)據(jù)，使得發(fā)送與接收在步調(diào)上一致，否則將造成誤碼率增加，甚至完全不能進(jìn)行通信。誤碼率增加，甚至完全不能進(jìn)行通信。作為串行通信，這兩種方式都需要給傳輸?shù)臄?shù)據(jù)加上必要的作為串行通信，這兩種方式都需要給傳輸?shù)臄?shù)據(jù)加上必要的成幀信號，供接收端進(jìn)行識別，才能完成正確地接收。成幀信號，供接收端進(jìn)行識別，才能完成正確地接收。31（1）異步通信方式&異步通信方式是以字符為單位（以字符為單位（1幀數(shù)據(jù)）進(jìn)行傳輸。&特點：特點：q字符隨機出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流中，不需要接收端作出同步接收字符隨機出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流中，不需要接收端作出同步接收準(zhǔn)備。準(zhǔn)備。q字符之間有不定長的空閑位（以高電位填充）。

33、字符之間有不定長的空閑位（以高電位填充）。q靠起始位和停止位定界靠起始位和停止位定界1幀數(shù)據(jù)。幀數(shù)據(jù)。q信息位的長度可根據(jù)需要規(guī)定，在信息位和停止位之間信息位的長度可根據(jù)需要規(guī)定，在信息位和停止位之間還可以插入奇偶校驗位。還可以插入奇偶校驗位。32異步通信的幀格式幀格式：幀格式：起始位起始位:1:1位位, ,低電平低電平數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位:5:58 8位位, ,先低位后高位先低位后高位校驗位校驗位:1:1位位/0/0位位, ,奇偶校驗奇偶校驗停止位停止位:1:1位、位、1.51.5位或位或2 2位位, ,高電平高電平起起/ /止位的作用止位的作用定界一幀數(shù)據(jù)；定界一幀數(shù)據(jù)；建立收發(fā)雙方同步；建立收發(fā)

34、雙方同步； 起始位標(biāo)志一幀的開始起始位標(biāo)志一幀的開始, ,停止位標(biāo)志著結(jié)束停止位標(biāo)志著結(jié)束空閑空閑 位位停止位停止位奇偶奇偶校驗校驗數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位(58位位)起始起始位位不限不限有有/無無(先低后高位先低后高位)1位位0/101110/10/10/10/10/10LSBLSBMSBMSB第第n n個字符個字符第第n+1n+1個字個字符符7 71212位位字符總是以起始位開始（字符總是以起始位開始（“0”0”），以停止位（），以停止位（“1”1”）結(jié)束）結(jié)束; ;字符之間沒有時間間隔要求字符之間沒有時間間隔要求; ;字符后可加一位校驗位（也可沒有）字符后可加一位校驗位（也可沒有）數(shù)據(jù)傳輸方向數(shù)據(jù)傳

35、輸方向330示例&假定要傳送一個字符M（ASCII碼為4DH，數(shù)據(jù)位7位），采用異步串行通信方式，并采用偶校驗。 要求：畫出傳送波形。&分析：4DH=01001101，偶校驗位為0&注意：傳送時先低位后高位。傳送波形如圖：異步傳輸方式的優(yōu)點是控制簡單，如果傳輸出錯只需重發(fā)異步傳輸方式的優(yōu)點是控制簡單，如果傳輸出錯只需重發(fā)這個字符，但因為每個字符都帶有附加信息，故傳輸效率這個字符，但因為每個字符都帶有附加信息，故傳輸效率低、速度較慢。低、速度較慢。34（2）同步通信方式&在同步傳輸模式下，傳送以數(shù)據(jù)塊為單位，因此又稱為區(qū)塊傳輸。每個數(shù)據(jù)塊稱為一個記錄。對于同一個記

36、錄，收發(fā)雙方應(yīng)具有準(zhǔn)確的同步時鐘。q在記錄的開始加有成幀同步(SYN)字符，使收發(fā)雙方同步；q同步字符的格式和同步字符的個數(shù)可以根據(jù)需要而定;q而在記錄的末尾加有一定的差錯檢驗字符。&幀格式如圖所示。同步字符被接收器用來確定數(shù)據(jù)字符的起始界限。記錄末尾的校驗字符同步字符被接收器用來確定數(shù)據(jù)字符的起始界限。記錄末尾的校驗字符用來校驗整個記錄在傳送過程中是否出現(xiàn)差錯，但不包括同步字符。用來校驗整個記錄在傳送過程中是否出現(xiàn)差錯，但不包括同步字符。同步通信協(xié)議分為：同步通信協(xié)議分為：面向字符的同步通信協(xié)議面向字符的同步通信協(xié)議 面向比特的同步通信協(xié)議面向比特的同步通信協(xié)議35 這種數(shù)據(jù)格式的典

37、型代表是IBM公司的二進(jìn)制同步通信協(xié)議（BSC）。特點：一次傳送若干個字符組成的數(shù)據(jù)塊，并且規(guī)定了10個特殊字符作為這個數(shù)據(jù)塊的開頭與結(jié)束標(biāo)志以及整個傳輸過程的控制信息，也叫做通信控制字。 由于被傳送的數(shù)據(jù)塊是由字符組成的，故又被稱為面向字符的數(shù)據(jù)格式。 數(shù)據(jù)格式（一幀）：數(shù)據(jù)格式（一幀）：SYN SYN SOH 標(biāo)題標(biāo)題STX數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊 ETB/ETX塊校驗塊校驗序始字符同步字符文始字符組終/文終字符包括源地址，目的地址，路由指示等信息.面向字符的同步通信數(shù)據(jù)格式面向字符的同步通信數(shù)據(jù)格式36SYNSYN(Synchronous)(Synchronous) ：同步字符：同步字符, ,表示一

38、幀的開始。加一個表示一幀的開始。加一個SYNSYN的稱的稱單同步，加兩個單同步，加兩個SYNSYN的稱雙同步。的稱雙同步。SOHSOH(Start of Header)(Start of Header) ：序始字符：序始字符，表示標(biāo)題的開始；，表示標(biāo)題的開始； 標(biāo)題：標(biāo)題：包括源地址，目的地址，路由指示等信息。包括源地址，目的地址，路由指示等信息。STXSTX(Start of Text)(Start of Text) ：文始字符，表示正文文始字符，表示正文( (數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊) )開始。開始。ETB(End of Block)/ETXETB(End of Block)/ETX(End of T

39、ext)(End of Text) ：組終組終/ /文終字符。文終字符。 其中其中ETBETB用在正文很長，需要分成若干個分?jǐn)?shù)據(jù)塊，分別在不同幀中發(fā)用在正文很長，需要分成若干個分?jǐn)?shù)據(jù)塊，分別在不同幀中發(fā)送的場合，這時在每個分?jǐn)?shù)據(jù)塊后面用組終字符送的場合，這時在每個分?jǐn)?shù)據(jù)塊后面用組終字符ETBETB，而在最后一個分?jǐn)?shù)，而在最后一個分?jǐn)?shù)據(jù)塊后面用文終字符據(jù)塊后面用文終字符ETXETX。特點：特點：一次傳送是一個數(shù)據(jù)塊，傳輸效率提高了；一次傳送是一個數(shù)據(jù)塊，傳輸效率提高了；采用了一些傳輸控制字，增加了通信控制能力和校驗?zāi)芰?；采用了一些傳輸控制字，增加了通信控制能力和校驗?zāi)芰?；存在問題：存在問題：數(shù)據(jù)

40、字符與特定字符可能代碼相同數(shù)據(jù)字符與特定字符可能代碼相同解決方法：解決方法：“字符填充字符填充”，即在數(shù)據(jù)字符前插入轉(zhuǎn)義字符，即在數(shù)據(jù)字符前插入轉(zhuǎn)義字符DLEDLE，以示區(qū)別。以示區(qū)別。面向字符的同步通信數(shù)據(jù)格式面向字符的同步通信數(shù)據(jù)格式37面向比特的同步通信數(shù)據(jù)格式面向比特的同步通信數(shù)據(jù)格式 一幀由若干位組成一幀由若干位組成 靠約定位組合模式定界信息靠約定位組合模式定界信息 不依賴于任何編碼集不依賴于任何編碼集特點：特點：IBM的的SDLC同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程 ISO的的HDLC高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程 ANSI的的ADCCP先進(jìn)數(shù)據(jù)通信控制規(guī)程先進(jìn)數(shù)據(jù)通

41、信控制規(guī)程只有只有細(xì)微細(xì)微差別差別38HDLC協(xié)議&是是ISO提出的適用于鏈路控制的通信協(xié)議。提出的適用于鏈路控制的通信協(xié)議。&HDLC是基于在公共通信鏈路上，主站和一個或多個次站是基于在公共通信鏈路上，主站和一個或多個次站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的協(xié)議。之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的協(xié)議。&三種類型的站：三種類型的站：q主站：負(fù)責(zé)鏈路的操作，主站發(fā)出的幀稱為命令。主站：負(fù)責(zé)鏈路的操作，主站發(fā)出的幀稱為命令。q次站：在主站的控制下進(jìn)行操作，并作出響應(yīng)回答。次站：在主站的控制下進(jìn)行操作，并作出響應(yīng)回答。 q組合站：組合了主站和次站的特性，既可發(fā)命令，也可發(fā)響應(yīng)。組合站：組合了主站和次站的特性

42、，既可發(fā)命令，也可發(fā)響應(yīng)。&鏈路結(jié)構(gòu)鏈路結(jié)構(gòu)q非平衡結(jié)構(gòu)非平衡結(jié)構(gòu)v由一個主站和一個或多個次站組成由一個主站和一個或多個次站組成v點點-點、點點、點-多點操作多點操作q平衡結(jié)構(gòu)平衡結(jié)構(gòu)v由兩個組合站組成，適用于點由兩個組合站組成，適用于點-點操作點操作39鏈路結(jié)構(gòu)40 HDLC 的幀結(jié)構(gòu)F:標(biāo)志字段標(biāo)志字段,01111110,定界定界;填充幀間空隙填充幀間空隙 A:地址地址字段字段,給出次站的地址給出次站的地址,SDLC中中8位位; HDLC中任意長度中任意長度,字節(jié)的第字節(jié)的第1位為位為0,后面仍為地址字節(jié)后面仍為地址字節(jié);為為1,該字該字節(jié)為最后節(jié)為最后1個地址字節(jié)。全個地址字節(jié)。

43、全1，廣播；全，廣播；全0，無效地址，用于測試無效地址，用于測試數(shù)據(jù)鏈路的狀態(tài)。數(shù)據(jù)鏈路的狀態(tài)。C:控制控制字段字段,傳送命令傳送命令,SDLC中中8位位; HDLC中中8位或位或16位位,第第1個字節(jié)的第個字節(jié)的第1位為位為0,后面仍為控制字節(jié)后面仍為控制字節(jié);為為1,只有只有1個控制字節(jié)個控制字節(jié) I:信息信息字段字段,傳送的數(shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù),長度長度 0 FCS:幀校驗序列幀校驗序列:16位位CRC校驗校驗,不包含不包含F(xiàn)及插入及插入“0”41面向比特的同步通信數(shù)據(jù)格式面向比特的同步通信數(shù)據(jù)格式異常結(jié)束異常結(jié)束( (失效失效) )ABORTABORT提前終止符：異常結(jié)束字符提前終止符：異常

44、結(jié)束字符( (失效序列失效序列),),發(fā)送中出現(xiàn)發(fā)送中出現(xiàn)錯誤錯誤; ;如幀內(nèi)斷續(xù)如幀內(nèi)斷續(xù), ,該幀作廢該幀作廢SDLC:8SDLC:8個連續(xù)的個連續(xù)的“1” 1” HDLC:7HDLC:7個連續(xù)的個連續(xù)的“1”1”ABORTABORT數(shù)據(jù)透明的實現(xiàn)數(shù)據(jù)透明的實現(xiàn)(“0”(“0”位插入位插入/ /刪除技術(shù)刪除技術(shù)) )發(fā)送端發(fā)送端: :除除F F、ABORTABORT外外, ,發(fā)發(fā)5 5個連續(xù)個連續(xù)“1”,1”,自動插入自動插入1 1個個“0” 0” 接收端接收端: :刪除刪除5 5個連續(xù)個連續(xù)“1”1”后面的后面的“0”0”用零位插入和刪除技術(shù)，既防止了標(biāo)志序列在幀內(nèi)出現(xiàn)，又用零位插入和刪

45、除技術(shù)，既防止了標(biāo)志序列在幀內(nèi)出現(xiàn)，又不影響幀內(nèi)序列的完整。因此，整幀內(nèi)代碼是透明的。不影響幀內(nèi)序列的完整。因此，整幀內(nèi)代碼是透明的。硬件硬件 自動完成自動完成42零比特的填充與刪除&HDLC 采用零比特填充法使一幀中兩個 F 字段之間不會出現(xiàn) 6 個連續(xù) 1。&在發(fā)送端，當(dāng)一串比特流數(shù)據(jù)中有 5 個連續(xù) 1 時，就立即填入一個 0。&在接收幀時，先找到 F 字段以確定幀的邊界。接著再對比特流進(jìn)行掃描。每當(dāng)發(fā)現(xiàn) 5 個連續(xù) 1 時，就將其后的一個 0 刪除，以還原成原來的比特流。43控制字段的格式&HDLC的許多重要功能要由控制字段來實現(xiàn)。根據(jù)其最前面二個比特位

46、，可將HDLC幀分為三種：即信息幀信息幀I、管理管理幀幀S和無編號幀無編號幀U。44信息幀&信息幀：控制字段的第1位代碼為“0”，這是信息幀特性。&信息幀也是一種命令，因為它要求次站給予認(rèn)可響應(yīng)。&N（S）是信息幀發(fā)送順序的編號）是信息幀發(fā)送順序的編號，發(fā)送端在控制字段中插入此順序號，用以區(qū)別不同的信息幀，允許接收端檢查此幀信息是否失序或重復(fù)。&N（R）是接收順序編號。）是接收順序編號。此編號表明發(fā)送該信息幀的發(fā)送站所期望接收的下一幀的順序編號。因此，N（R）也是對以前接收到的信息幀（順序號小于N（R）的認(rèn)可信號。&PF是詢問中止位。是詢問中止位。當(dāng)主站

47、發(fā)送命令時，PF=1為主站詢問次站是否有數(shù)據(jù)要發(fā)；當(dāng)次站發(fā)送時，PF=1，表示是對主站詢問的響應(yīng)。次站響應(yīng)主站詢問之后，開始向主站發(fā)送信息幀，并置所發(fā)信息幀的P/F比特為“0”，直至信息全部發(fā)完，才置最后一個信息幀的P/F比特為“1”。45管理幀&管理幀的特性是第1、2兩位為“10”。&用于監(jiān)視和控制數(shù)據(jù)鏈路，完成信息幀的接收確認(rèn)、重發(fā)請求、暫停發(fā)送請求等功能。管理幀共有四種，取決于第3-4位的取值。管理幀的名稱和功能管理幀的名稱和功能46無編號幀&無編號幀的特征是第特征是第1、2兩位為兩位為“11”。&它用于執(zhí)行諸如鏈路的建立或拆除等功能。&也可以在序

48、列出錯之后使用，使鏈路置于初始狀態(tài)，因此可以不受幀順序編號檢驗的限制，其控制字段不包含幀順序編號。&控制字段的M是各種命令和響應(yīng)的編碼，如置工作方式命令、拆線命令、非編號幀認(rèn)可響應(yīng)、已拆線響應(yīng)、命令拒絕等等。比特傳輸?shù)捻樞虮忍貍鬏數(shù)捻樞?HDLC規(guī)定：地址和控制字段發(fā)送時，先發(fā)送低位，規(guī)定：地址和控制字段發(fā)送時，先發(fā)送低位，而在發(fā)送幀校驗序列而在發(fā)送幀校驗序列FCS時，必須先發(fā)送高位。對于信息時，必須先發(fā)送高位。對于信息字段則沒有規(guī)定發(fā)送順序。字段則沒有規(guī)定發(fā)送順序。477.3 通信中的差錯控制&數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本任務(wù)就是高效率和無差錯的傳送數(shù)據(jù)。信號在物理信道傳輸過程中，由于

49、信道內(nèi)干擾的存在，會造成傳輸信號的失真。&從而在數(shù)據(jù)通信中，造成接收端收到的二進(jìn)制數(shù)位（或稱為碼元）和發(fā)送端發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)位不一致，由“0”變?yōu)椤?”或由“1”變?yōu)椤?”，即造成傳輸差錯。噪聲對傳輸數(shù)據(jù)的影響481. 差錯類型&噪聲是通信系統(tǒng)中對信號有影響的所有干擾的集合，信號在傳輸中的差錯都是由于噪聲所引起的。&信道中的噪聲一般分為兩種：一種是白噪聲；另一種是高斯噪聲。q白噪聲是指它的功率譜密度在整個頻率域（-+）內(nèi)是常數(shù)，即服從均勻分布。v長時間的存在于信道中，在任意傳輸速率上強度都相同；v白噪聲只有較小的幅值，只要保證在信道中有足夠大的信噪比，白噪聲引起的差錯就會

50、很少。q高斯噪聲是指它的概率密度函數(shù)服從高斯分布（即正態(tài)分布）的一類噪聲。v它是由特定的短暫原因所造成的，它的幅度可以相當(dāng)大，不可能靠提高信號幅度來避免其造成差錯，它是傳輸中產(chǎn)生差錯的重要原因。49隨機差錯和突發(fā)差錯&隨機差錯隨機差錯：q錯誤的出現(xiàn)是隨機的，一般而言錯誤出現(xiàn)的位置是隨機分布的，即各個碼元是否發(fā)生錯誤是互相獨立的，通常不是成片地出現(xiàn)錯誤。&突發(fā)差錯突發(fā)差錯：q錯誤的的出現(xiàn)是一連串出現(xiàn)的。通常在一個突發(fā)錯誤持續(xù)時間內(nèi)，開頭和末尾的碼元總是錯的，中間的某些碼元可能錯也可能對，但錯誤的碼元相對較多。 &傳輸線路上產(chǎn)生的差錯為突發(fā)差差錯和隨機差差錯的混合。50誤碼

51、率&誤碼率是衡量一個信道質(zhì)量的重要參數(shù)，用Pe表示， 其定義為： &通常用10的負(fù)若干次方來標(biāo)志信道的誤碼率。例如，在一條話頻線路中，以數(shù)據(jù)速率2400bps傳輸數(shù)據(jù)時，誤碼率若為10-5，則意味著平均十萬位中有一位出錯。&差錯控制最常用的方法就是信道編碼差錯控制最常用的方法就是信道編碼，信道編碼是為了降低誤碼率，提高數(shù)字系統(tǒng)的可靠性而采取的編碼。發(fā)生差錯的碼元數(shù)接收的總碼元數(shù)512. 差錯控制方式&常用的差錯控制方式有三種：檢錯重發(fā)、前向糾錯和混合糾錯。52檢錯重發(fā)方式檢錯重發(fā)方式&檢錯重發(fā)方式檢錯重發(fā)方式&又稱自動請求重傳方式ARQ（Auto

52、matic Repeat Request）&原理：由發(fā)送端發(fā)出能夠檢測出錯誤的碼組，接收端根據(jù)該碼的編碼規(guī)律判定傳輸中有無差錯產(chǎn)生，如果發(fā)現(xiàn)錯誤，則通過反饋信道把判定結(jié)果告訴發(fā)送端，發(fā)送端把接收端認(rèn)為是有錯的信息再次重發(fā)，直到接收正確為止，從而達(dá)到正確傳輸?shù)哪康摹＿@種方式稱為檢錯重發(fā)。&特點：需要反饋信道，譯碼設(shè)備簡單，對突發(fā)錯誤和信道干擾較嚴(yán)重時有效，但實時性差，主要在計算機數(shù)據(jù)通信中得到應(yīng)用。53ARQ方式&ARQ方式又可分為發(fā)送等待系統(tǒng)和連續(xù)工作系統(tǒng)。&發(fā)送等待系統(tǒng)發(fā)送等待系統(tǒng)&原理：在發(fā)完一組信息之后，發(fā)送端就等待接收端的反饋信息承認(rèn)與否認(rèn)，在無

53、回答時也作為否認(rèn)。q收到承認(rèn)，則發(fā)下一組信息；q若是否認(rèn)則重發(fā)該組信息；q以此類推，直到通信結(jié)束。&連續(xù)工作系統(tǒng)連續(xù)工作系統(tǒng)&原理：發(fā)送端在發(fā)送完一組信息后，不用等待反饋的判決原理：發(fā)送端在發(fā)送完一組信息后，不用等待反饋的判決信息，而是立即發(fā)送下一組信息。發(fā)送端在不斷的發(fā)送同信息，而是立即發(fā)送下一組信息。發(fā)送端在不斷的發(fā)送同時，也在不斷的接收反饋信息。當(dāng)接收端返回一個否認(rèn)信時，也在不斷的接收反饋信息。當(dāng)接收端返回一個否認(rèn)信息時，必須加上信息組編號，則發(fā)送端可以從該組重發(fā)。息時，必須加上信息組編號，則發(fā)送端可以從該組重發(fā)。如果在重發(fā)時，只重發(fā)出錯誤的那一組信息，則這種方式如果在重

54、發(fā)時，只重發(fā)出錯誤的那一組信息，則這種方式又稱為又稱為“選擇重發(fā)選擇重發(fā)”方式。方式。連續(xù)工作系統(tǒng)通常需要全雙工的傳輸線路；連續(xù)工作系統(tǒng)通常需要全雙工的傳輸線路；等待發(fā)送系統(tǒng)可以在一個半雙工的傳輸線路上進(jìn)行工作。等待發(fā)送系統(tǒng)可以在一個半雙工的傳輸線路上進(jìn)行工作。54檢錯重發(fā)的工作方式圖55差錯控制方式（續(xù)）&前向糾錯方式前向糾錯方式FEC（Forward Error Correction）q發(fā)送端發(fā)送能夠糾正錯誤的碼，接收端收到信碼后自動地糾發(fā)送端發(fā)送能夠糾正錯誤的碼，接收端收到信碼后自動地糾正傳輸中的錯誤。正傳輸中的錯誤。q特點是單向傳輸，實時性好，但譯碼設(shè)備較復(fù)雜。特點是單向傳輸，

55、實時性好，但譯碼設(shè)備較復(fù)雜。&混合糾錯方式記作混合糾錯方式記作HEC（Hybrid Error Correction）q是是FEC 和和ARQ方式的結(jié)合方式的結(jié)合q發(fā)送端發(fā)送具有自動糾錯同時又具有檢錯能力的碼。接收端發(fā)送端發(fā)送具有自動糾錯同時又具有檢錯能力的碼。接收端收到信碼后，檢查差錯情況：收到信碼后，檢查差錯情況：v如果錯誤在碼的糾錯能力范圍以內(nèi)，則自動糾錯；如果錯誤在碼的糾錯能力范圍以內(nèi)，則自動糾錯；v如果超過了碼的糾錯能力范圍，但能檢測出來，則通過反饋信如果超過了碼的糾錯能力范圍，但能檢測出來，則通過反饋信道請求發(fā)端重發(fā)。道請求發(fā)端重發(fā)。q具有自動糾錯和檢錯重發(fā)的優(yōu)點，可達(dá)到較

56、低的誤碼率。具有自動糾錯和檢錯重發(fā)的優(yōu)點，可達(dá)到較低的誤碼率。563. 差錯控制的原理&差錯控制編碼分類q根據(jù)編碼功能可分為檢錯碼和糾錯碼。根據(jù)編碼功能可分為檢錯碼和糾錯碼。v只能完成檢錯功能的編碼叫檢錯碼；v具有糾錯能力的編碼叫糾錯碼。q按照信息碼元和附加的監(jiān)督碼元之間的檢驗關(guān)系可以分為線性碼按照信息碼元和附加的監(jiān)督碼元之間的檢驗關(guān)系可以分為線性碼和非線性碼和非線性碼。v若信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系為線性關(guān)系，即監(jiān)督碼元是信息碼元的線性組合，則稱為線性碼。v反之，若兩者不存在線性關(guān)系，則稱為非線性碼。q按照信息碼元和監(jiān)督碼元之間的約束方式可分為分組碼和卷積碼。按照信息碼元和監(jiān)督碼元

57、之間的約束方式可分為分組碼和卷積碼。v分組碼的監(jiān)督碼元僅與本碼組的信息碼元有關(guān)。v卷積碼的監(jiān)督碼元不僅與本碼組的信息碼元有關(guān)，而且與前面碼組的信息碼元有約束關(guān)系。q根據(jù)編碼后信息碼元是否保持原來的形式可分為系統(tǒng)碼和非系統(tǒng)根據(jù)編碼后信息碼元是否保持原來的形式可分為系統(tǒng)碼和非系統(tǒng)碼碼 q根據(jù)碼元取值的不同可分為二進(jìn)制碼和多進(jìn)制碼。根據(jù)碼元取值的不同可分為二進(jìn)制碼和多進(jìn)制碼。57二進(jìn)制線性分組碼&將信息碼分組，每組信息碼附加若干監(jiān)督碼的編碼，稱為將信息碼分組，每組信息碼附加若干監(jiān)督碼的編碼，稱為分組碼。分組碼。q在分組碼中，監(jiān)督碼元僅監(jiān)督本碼組的中的信息碼元。在分組碼中，監(jiān)督碼元僅監(jiān)督本碼組

58、的中的信息碼元。&分組碼用（分組碼用（n，k）表示，）表示，n碼組長度，碼組長度， k 信息位數(shù)，信息位數(shù)，n k = r 監(jiān)督碼位數(shù)。監(jiān)督碼位數(shù)。q分組碼是對每段分組碼是對每段k位長的信息組以一定的規(guī)則增加位長的信息組以一定的規(guī)則增加r個監(jiān)督元，個監(jiān)督元， 組組成長為成長為n的碼字。的碼字。q二進(jìn)制下，共有二進(jìn)制下，共有2k個不同的信息組，相應(yīng)地可得到個不同的信息組，相應(yīng)地可得到2k個不同的碼字，個不同的碼字，稱為許用碼組。其余稱為許用碼組。其余 2n-2k個碼字未被選用，稱為禁用碼組。個碼字未被選用，稱為禁用碼組。&在分組碼中，非零碼元的數(shù)目稱為在分組碼中，非零碼元的數(shù)目稱

59、為碼字的漢明碼字的漢明(Hamming)重量重量， 簡稱簡稱碼重碼重。例如，碼字例如，碼字 10110，碼重，碼重w=3。&兩個等長碼組之間相應(yīng)位取值不同的數(shù)目稱為這兩個兩個等長碼組之間相應(yīng)位取值不同的數(shù)目稱為這兩個碼組碼組的漢明的漢明(Hamming)距離距離， 簡稱簡稱碼距碼距。q例如例如 11000 與與 10011的碼距的碼距d=3。583. 差錯控制的原理&碼組集中任意兩個碼字之間距離的最小值稱為最小碼距最小碼距，用d0表示。它是衡量碼檢錯、糾錯能力的依據(jù)。它是衡量碼檢錯、糾錯能力的依據(jù)。&任一任一(n,k)分組碼，若要在碼字內(nèi)分組碼，若要在碼字內(nèi): (1)

60、檢測檢測e個隨機錯誤，則要求個隨機錯誤，則要求d0e+1; (2) 糾正糾正t個隨機錯誤，個隨機錯誤， 則要求則要求d02t+1; (3) 糾正糾正t個同時檢測個同時檢測e(t)個隨機錯誤，則個隨機錯誤，則d0t+e+1。&用差錯控制編碼提高通信系統(tǒng)的可靠性， 是以降低有效性為代價換來的。 &編碼效率：編碼效率：R=k/n 其中其中, k是信息元的個數(shù)，是信息元的個數(shù)，n為碼長為碼長&對糾錯碼的基本要求是對糾錯碼的基本要求是: 檢錯和糾錯能力盡量強；檢錯和糾錯能力盡量強； 編碼效編碼效率盡量高；編碼規(guī)律盡量簡單。率盡量高；編碼規(guī)律盡量簡單。59（一）奇偶校驗碼&

61、奇偶校驗碼是通過增加冗余位來使得碼字中“”的個數(shù)保持為奇數(shù)或偶數(shù)的編碼方法，是一種檢錯碼。q以字符為單位進(jìn)行校驗q發(fā)送方使發(fā)送的每個字節(jié)中1的個數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)；接收方檢查收到的每個字節(jié)中1的個數(shù)是否符合雙方的事先約定。q奇偶校驗可以檢查出一個字節(jié)中發(fā)生的單個錯誤。q奇偶校驗不能自動糾錯，發(fā)現(xiàn)錯誤后需“重傳”。&在數(shù)據(jù)通信中使用時又可分為以下幾種：q垂直奇偶校驗垂直奇偶校驗q水平奇偶校驗水平奇偶校驗q水平垂直奇偶校驗水平垂直奇偶校驗60奇偶校驗碼垂直奇偶校驗碼垂直奇偶校驗碼：是將整個發(fā)送的信息塊分為定長位的若干段（比如說段），每段后面按“”的個數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)的規(guī)律加上一位奇偶位。I 11I 12 I 1qI 21I 22 I 2q .I p1I p2 I p qr 1r 2 r q信息位信息位冗余位冗余位奇校驗奇校驗: ri=I 1i I 2i I pi 1偶校驗偶校驗: ri=I 1i I 2i I pi編碼效率編碼效率: R=p/(p+1)61奇偶校驗碼 水平奇偶校驗碼水平奇偶校驗碼：對各個信息段的相應(yīng)位橫向進(jìn)行編碼，產(chǎn)生一個奇偶校驗冗余位。I 11I 12 I 1q r 1I 21I 22 I 2q r 2 . I p1I p2 I p qr q信息位信息位冗余位冗余位編碼