第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2013

1、總線（總線（bus）：）：是網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點(diǎn)共享的傳輸媒體，是是網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點(diǎn)共享的傳輸媒體，是信號(hào)傳輸?shù)墓猜窂健Ｐ盘?hào)傳輸?shù)墓猜窂健?總線段（總線段（bus segment）：）：則指通過(guò)總線連接在一則指通過(guò)總線連接在一起的一組設(shè)備，這一組設(shè)備的連接與操作方式遵循同起的一組設(shè)備，這一組設(shè)備的連接與操作方式遵循同一種技術(shù)規(guī)范。一個(gè)總線段上的所有節(jié)點(diǎn)能同時(shí)收到一種技術(shù)規(guī)范。一個(gè)總線段上的所有節(jié)點(diǎn)能同時(shí)收到總線上的報(bào)文信號(hào)?？梢酝ㄟ^(guò)總線段的相互連接把多總線上的報(bào)文信號(hào)?？梢酝ㄟ^(guò)總線段的相互連接把多個(gè)總線段連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。個(gè)總線段連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 總線協(xié)議（總線協(xié)議（bus protocol）：

2、）：?？偩€上的設(shè)備如何總線上的設(shè)備如何使用總線的一套規(guī)則稱為使用總線的一套規(guī)則稱為“總線協(xié)議總線協(xié)議”。這是一套事。這是一套事先規(guī)定的、必須共同遵守的規(guī)約。先規(guī)定的、必須共同遵守的規(guī)約。2.1 基本術(shù)語(yǔ)基本術(shù)語(yǔ) 總線操作：總線操作：總線上數(shù)據(jù)發(fā)送者與接收者之間的連接一總線上數(shù)據(jù)發(fā)送者與接收者之間的連接一數(shù)據(jù)傳送一數(shù)據(jù)傳送一脫開(kāi)這一操作序列稱為一次總線操作。脫開(kāi)這一操作序列稱為一次總線操作。這里的連接（這里的連接（connection）指在相同或不同設(shè)備內(nèi)，通）指在相同或不同設(shè)備內(nèi)，通信對(duì)象之間的邏輯綁定（信對(duì)象之間的邏輯綁定（binding）。連接完成之后通）。連接完成之后通信報(bào)文的發(fā)送與接收

3、過(guò)程，或者數(shù)據(jù)的讀寫操作過(guò)程，信報(bào)文的發(fā)送與接收過(guò)程，或者數(shù)據(jù)的讀寫操作過(guò)程，稱為數(shù)據(jù)傳送。而脫開(kāi)（稱為數(shù)據(jù)傳送。而脫開(kāi)（disconnect）則指完成一次或）則指完成一次或多次總線操作后，斷開(kāi)發(fā)送者與接收者之間的連接關(guān)多次總線操作后，斷開(kāi)發(fā)送者與接收者之間的連接關(guān)系，放棄對(duì)總線的占有權(quán)。系，放棄對(duì)總線的占有權(quán)。 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（fieldbus devicefieldbus device）：）：作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接在作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接在現(xiàn)場(chǎng)總線上的物理實(shí)體。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具備測(cè)量控制功能，現(xiàn)場(chǎng)總線上的物理實(shí)體?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具備測(cè)量控制功能，也具有數(shù)據(jù)通信的能力。具有總線通信接口的傳感器、也具有數(shù)據(jù)通信的

4、能力。具有總線通信接口的傳感器、變送器、電子控制單元、執(zhí)行器等都屬于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。變送器、電子控制單元、執(zhí)行器等都屬于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。2.1 基本術(shù)語(yǔ)基本術(shù)語(yǔ) 總線主設(shè)備（總線主設(shè)備（bus masterbus master）：有能力在總線上發(fā)起通有能力在總線上發(fā)起通信的設(shè)備叫做總線主設(shè)備?；蛘哒f(shuō)，總線的通信權(quán)由總信的設(shè)備叫做總線主設(shè)備。或者說(shuō)，總線的通信權(quán)由總線主設(shè)備掌管。線主設(shè)備掌管。 總線從設(shè)備（總線從設(shè)備（bus slaverbus slaver）：不能在總線上主動(dòng)發(fā)起不能在總線上主動(dòng)發(fā)起通信，只能掛接在總線上、對(duì)總線信號(hào)進(jìn)行接收查詢的通信，只能掛接在總線上、對(duì)總線信號(hào)進(jìn)行接收查詢的設(shè)備稱為總線

5、從設(shè)備。從設(shè)備有時(shí)也被稱之為基本設(shè)備。設(shè)備稱為總線從設(shè)備。從設(shè)備有時(shí)也被稱之為基本設(shè)備。注意：注意： 在一條總線段上可能連接有多個(gè)主設(shè)備，這些主設(shè)在一條總線段上可能連接有多個(gè)主設(shè)備，這些主設(shè)備都有能力主動(dòng)發(fā)起通信。但任一時(shí)刻，一條總線段上備都有能力主動(dòng)發(fā)起通信。但任一時(shí)刻，一條總線段上只能有一個(gè)主設(shè)備掌管其總線的通信權(quán)，即只能由一個(gè)只能有一個(gè)主設(shè)備掌管其總線的通信權(quán)，即只能由一個(gè)主設(shè)備執(zhí)行其主設(shè)備的功能。主設(shè)備執(zhí)行其主設(shè)備的功能。 2.1 2.1 基本術(shù)語(yǔ)基本術(shù)語(yǔ) 總線仲裁（總線仲裁（bus arbitrationbus arbitration）：由于總線是多個(gè)設(shè)由于總線是多個(gè)設(shè)備之間信號(hào)傳輸

6、的公共路徑，當(dāng)有一個(gè)以上設(shè)備企圖備之間信號(hào)傳輸?shù)墓猜窂?，?dāng)有一個(gè)以上設(shè)備企圖同時(shí)占用總線時(shí)就可能會(huì)發(fā)生沖突（同時(shí)占用總線時(shí)就可能會(huì)發(fā)生沖突（contention）?？偅??？偩€仲裁指對(duì)總線沖突的處理過(guò)程，根據(jù)某種裁決規(guī)則線仲裁指對(duì)總線沖突的處理過(guò)程，根據(jù)某種裁決規(guī)則來(lái)確定下一個(gè)時(shí)刻具有總線占有權(quán)的設(shè)備。某一時(shí)刻來(lái)確定下一個(gè)時(shí)刻具有總線占有權(quán)的設(shè)備。某一時(shí)刻只允許一個(gè)設(shè)備占用總線，等到它完成總線操作，釋只允許一個(gè)設(shè)備占用總線，等到它完成總線操作，釋放總線占有權(quán)后，才允許其他設(shè)備占用總線。總線設(shè)放總線占有權(quán)后，才允許其他設(shè)備占用總線?？偩€設(shè)備為獲得總線占有權(quán)而等待仲裁的時(shí)間叫做訪問(wèn)等待備為獲得總線

7、占有權(quán)而等待仲裁的時(shí)間叫做訪問(wèn)等待時(shí)間時(shí)間(access latency)。設(shè)備占有總線的時(shí)間叫做總線占。設(shè)備占有總線的時(shí)間叫做總線占有期。有期。注意：注意： 總線仲裁分為集中仲裁和分布式仲裁兩種?？偩€仲裁分為集中仲裁和分布式仲裁兩種。2.1 2.1 基本術(shù)語(yǔ)基本術(shù)語(yǔ)2. 2. 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)古代通信古代通信v 周幽王博褒姒一笑，烽火戲諸侯周幽王博褒姒一笑，烽火戲諸侯v 長(zhǎng)城狼煙四起長(zhǎng)城狼煙四起v 言不相聞，故為之金鼓；視不相見(jiàn)，故為之旌旗言不相聞，故為之金鼓；視不相見(jiàn)，故為之旌旗 通信系統(tǒng)的功能和基本任務(wù)：通信系統(tǒng)的功能和基本任務(wù)： 將數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、及時(shí)地傳送到正確的目的地。將數(shù)據(jù)準(zhǔn)確

8、、及時(shí)地傳送到正確的目的地。通信系統(tǒng)是硬件和軟件的結(jié)合體。通信系統(tǒng)是硬件和軟件的結(jié)合體。2.1 2.1 基本術(shù)語(yǔ)基本術(shù)語(yǔ)通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)模型信源信源/信宿信宿發(fā)送發(fā)送/接收設(shè)備接收設(shè)備信源信源/信宿信宿干擾發(fā)送發(fā)送/接收設(shè)備接收設(shè)備傳輸介質(zhì)通信協(xié)議通信報(bào)文通信的目的：通信的目的：傳遞信息傳遞信息通信的抽象模型通信的抽象模型包括：信源、信宿、信道包括：信源、信宿、信道 、收發(fā)設(shè)備、收發(fā)設(shè)備 信道信道就是信息傳輸?shù)耐ǖ溃刹捎貌煌橘|(zhì)，如光纖、線纜就是信息傳輸?shù)耐ǖ?，可采用不同介質(zhì)，如光纖、線纜信息在信道中的傳播信息在信道中的傳播會(huì)有干擾和信號(hào)衰減會(huì)有干擾和信號(hào)衰減3.3.數(shù)據(jù)通信發(fā)送與接收設(shè)

9、備數(shù)據(jù)通信發(fā)送與接收設(shè)備 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，具有通信信號(hào)發(fā)送電路的設(shè)備稱為數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，具有通信信號(hào)發(fā)送電路的設(shè)備稱為發(fā)送器發(fā)送器(transmitter)(transmitter)或發(fā)送設(shè)備。而具有通信信號(hào)接或發(fā)送設(shè)備。而具有通信信號(hào)接收電路的設(shè)備稱為接收器收電路的設(shè)備稱為接收器(receiver)(receiver)或接收設(shè)備。既或接收設(shè)備。既可發(fā)送又可接收的設(shè)備稱為收發(fā)器可發(fā)送又可接收的設(shè)備稱為收發(fā)器(transceiver)(transceiver)。4. 傳輸介質(zhì)：傳輸介質(zhì)：在兩點(diǎn)或多點(diǎn)之間連接收發(fā)雙方的物理通在兩點(diǎn)或多點(diǎn)之間連接收發(fā)雙方的物理通路，即信號(hào)傳輸媒介。路，即信號(hào)傳輸媒介

10、。5. 通信軟件：通信軟件：包括報(bào)文和通信協(xié)議。包括報(bào)文和通信協(xié)議。通信協(xié)議：通信協(xié)議：通信設(shè)通信設(shè)備之間用于控制數(shù)據(jù)通信與理解通信數(shù)據(jù)意義的一組備之間用于控制數(shù)據(jù)通信與理解通信數(shù)據(jù)意義的一組規(guī)則。規(guī)則。2.1 2.1 基本術(shù)語(yǔ)基本術(shù)語(yǔ)2.2 2.2 通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)1.1.有效性指標(biāo)：有效性指標(biāo)： 數(shù)據(jù)傳輸速率：數(shù)據(jù)傳輸速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。 位傳輸速率位傳輸速率 n表示信號(hào)的有效狀態(tài)表示信號(hào)的有效狀態(tài) 數(shù)據(jù)的位傳輸速率單位為數(shù)據(jù)的位傳輸速率單位為bit/s或或b/s。通信系統(tǒng)每秒傳。通信系統(tǒng)每秒傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)被定義為輸數(shù)據(jù)的位數(shù)被定義為比

11、特率比特率；工業(yè)中常用的數(shù)據(jù)傳；工業(yè)中常用的數(shù)據(jù)傳輸率為輸率為9600b/s、31.25Kb/s、500Kb/s、1Mb/s、2.5Mb/s等。等。波特率：波特率：每秒傳輸?shù)男盘?hào)波的個(gè)數(shù)稱為每秒傳輸?shù)男盘?hào)波的個(gè)數(shù)稱為波特率。波特率。 討論傳輸討論傳輸頻帶寬度頻帶寬度時(shí)，常采用時(shí)，常采用波特率波特率；討論系統(tǒng)實(shí)際；討論系統(tǒng)實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸能力數(shù)據(jù)傳輸能力時(shí)，常采用時(shí)，常采用比特率比特率。 吞吐量吞吐量(throughputthroughput)：表達(dá)了通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互能表達(dá)了通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互能力。力。nbTS2log1碼元碼元(Code Cell)：時(shí)間軸上的一個(gè)信號(hào)編碼單元時(shí)間軸上的一個(gè)信號(hào)編

12、碼單元一個(gè)信號(hào)往往可以攜帶多個(gè)二進(jìn)制位，所以在固定的信息傳一個(gè)信號(hào)往往可以攜帶多個(gè)二進(jìn)制位，所以在固定的信息傳輸速率下，比特率往往大于波特率。換句話說(shuō)，一個(gè)碼元輸速率下，比特率往往大于波特率。換句話說(shuō)，一個(gè)碼元中可以傳送多個(gè)比特（中可以傳送多個(gè)比特（bit）。）。t碼元碼元1碼元碼元2碼元碼元3碼元碼元4碼元碼元5信號(hào)信號(hào)同步脈沖同步脈沖同步脈沖：用于碼元的同步定時(shí)，識(shí)別碼元的開(kāi)始同步脈沖：用于碼元的同步定時(shí)，識(shí)別碼元的開(kāi)始2.2 2.2 通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo) 帶寬帶寬(Bandwidth)：信號(hào)或信道占據(jù)的頻率范圍信號(hào)或信道占據(jù)的頻率范圍 信道容量信道容量(Channel c

13、apacity)：信道的最大數(shù)據(jù)率信道的最大數(shù)據(jù)率 信息編碼：信息編碼：將信息用二進(jìn)制數(shù)表示的方法。將信息用二進(jìn)制數(shù)表示的方法。 數(shù)據(jù)編碼：數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)用物理量將數(shù)據(jù)用物理量(例如電壓例如電壓)表示的規(guī)表示的規(guī)則。則。 例如：例如：字母字母A的的ASCII編碼為編碼為01000001，其數(shù)據(jù)編碼可能為，其數(shù)據(jù)編碼可能為01000001t2.2 2.2 通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)2.2 2.2 通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)1.1.有效性指標(biāo)：有效性指標(biāo)： 頻帶利用率：頻帶利用率：是指單位頻帶內(nèi)的傳輸速度。衡量有效是指單位頻帶內(nèi)的傳輸速度。衡量有效性的重要指標(biāo)，單位性的重要指

14、標(biāo)，單位bit/sHz。 有效性指標(biāo)還包括：協(xié)議效率、傳輸延遲、通信效率有效性指標(biāo)還包括：協(xié)議效率、傳輸延遲、通信效率等。等。2. 可靠性指標(biāo)：可靠性指標(biāo)： 誤碼率誤碼率Pe：數(shù)字通信中二進(jìn)制碼元出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤的概數(shù)字通信中二進(jìn)制碼元出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤的概率。計(jì)算機(jī)通信中一般要求平均誤碼率低于率。計(jì)算機(jī)通信中一般要求平均誤碼率低于 。3. 通信信道的頻率特性：通信信道的頻率特性： 不同頻率的信號(hào)通過(guò)通信信道后，波形會(huì)發(fā)生變化，不同頻率的信號(hào)通過(guò)通信信道后，波形會(huì)發(fā)生變化，一般用頻率特性來(lái)描述這種變化。頻率特性取決于傳一般用頻率特性來(lái)描述這種變化。頻率特性取決于傳輸介質(zhì)的物理特性和通信設(shè)備的電氣特性。輸

15、介質(zhì)的物理特性和通信設(shè)備的電氣特性。9102.2 2.2 通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)4.4.信號(hào)帶寬與介質(zhì)帶寬：信號(hào)帶寬與介質(zhì)帶寬：圖2.4 信號(hào)帶寬與信號(hào)畸變通信面臨的幾個(gè)問(wèn)題通信面臨的幾個(gè)問(wèn)題v信息信息v距離距離- -衰減、失真衰減、失真v時(shí)延時(shí)延v頻率頻率 抗噪聲（干擾）能力強(qiáng)抗噪聲（干擾）能力強(qiáng) 可以控制差錯(cuò)，提高了傳輸質(zhì)量可以控制差錯(cuò)，提高了傳輸質(zhì)量 便于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理便于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理 易于加密、保密性強(qiáng)易于加密、保密性強(qiáng) 可以傳輸語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活可以傳輸語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活 僅在不得已的情況下，才會(huì)采用模擬通信。僅在不得已的情況下，才會(huì)采用模擬通

16、信。 如用如用modem通過(guò)撥號(hào)線路傳輸數(shù)字信號(hào)。通過(guò)撥號(hào)線路傳輸數(shù)字信號(hào)。數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的任務(wù)？數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的任務(wù)？2.3 2.3 數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼任務(wù)：任務(wù)：傳送數(shù)據(jù)或指令。傳送數(shù)據(jù)或指令。 通常用離散的二進(jìn)制通常用離散的二進(jìn)制0 0、1 1序列的方式來(lái)表示數(shù)據(jù)，用序列的方式來(lái)表示數(shù)據(jù)，用0 0、1 1序列的不同組合來(lái)表達(dá)不同的信息內(nèi)容。序列的不同組合來(lái)表達(dá)不同的信息內(nèi)容。 例如：用例如：用0000、0101、1010、1111表示電機(jī)的四種狀態(tài)。表示電機(jī)的四種狀態(tài)。 常用的一些編碼：常用的一些編碼：BCDBCD碼、莫爾斯碼、碼、莫爾斯碼、ASCIIASCII(A

17、merican (American Standard Code for Information Interchange)Standard Code for Information Interchange)碼等。碼等。 除了這些常用的標(biāo)準(zhǔn)的編碼，工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中還除了這些常用的標(biāo)準(zhǔn)的編碼，工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中還有很多不經(jīng)編碼直接傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)據(jù)，如溫度、壓有很多不經(jīng)編碼直接傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)據(jù)，如溫度、壓力測(cè)量值力測(cè)量值經(jīng)經(jīng)A/DA/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的百分?jǐn)?shù)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的百分?jǐn)?shù)等。等。2.3 2.3 數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼1. 數(shù)據(jù)編碼波形：數(shù)據(jù)編碼波形： 采用模擬信號(hào)的幅值、頻率、相位來(lái)

18、表達(dá)數(shù)據(jù)采用模擬信號(hào)的幅值、頻率、相位來(lái)表達(dá)數(shù)據(jù)0 0、1 1狀狀態(tài)的，稱為模擬數(shù)據(jù)編碼。態(tài)的，稱為模擬數(shù)據(jù)編碼。 采用高低電平矩形脈沖來(lái)表達(dá)數(shù)據(jù)采用高低電平矩形脈沖來(lái)表達(dá)數(shù)據(jù)0 0、1 1狀態(tài)的，稱為狀態(tài)的，稱為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼。 常見(jiàn)的有單極性碼、雙極性碼、歸常見(jiàn)的有單極性碼、雙極性碼、歸零碼、非歸零碼。零碼、非歸零碼。 差分碼：差分碼：在各時(shí)鐘周期的起點(diǎn)，采用信號(hào)電平的變化在各時(shí)鐘周期的起點(diǎn)，采用信號(hào)電平的變化與否來(lái)代表與否來(lái)代表“1”1”和和“0”0”的狀態(tài)。時(shí)鐘周期起點(diǎn)的信的狀態(tài)。時(shí)鐘周期起點(diǎn)的信號(hào)電平變化為號(hào)電平變化為“1”1”，不變化為，不變化為“0”0”。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：

19、用電平用電平跳變來(lái)區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)跳變來(lái)區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)0 0、1 1狀態(tài)更可靠。即使作為通信傳輸狀態(tài)更可靠。即使作為通信傳輸介質(zhì)的兩條導(dǎo)線的連接順序顛倒，對(duì)該編碼信號(hào)的狀介質(zhì)的兩條導(dǎo)線的連接順序顛倒，對(duì)該編碼信號(hào)的狀態(tài)判別結(jié)果依然有效。態(tài)判別結(jié)果依然有效。2.3 2.3 數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼1. 數(shù)據(jù)編碼波形：數(shù)據(jù)編碼波形： 曼徹斯特編碼：曼徹斯特編碼：常用的基帶信號(hào)編碼；包含時(shí)鐘同常用的基帶信號(hào)編碼；包含時(shí)鐘同步的同步信息，無(wú)須另外傳送同步信號(hào)。步的同步信息，無(wú)須另外傳送同步信號(hào)。時(shí)鐘前半段時(shí)鐘前半段代表被傳送比特值的反碼，后半段代表比特值本身。代表被傳送比特值的反碼，后半段代表比特值本身。 差分曼徹斯特編碼

20、：差分曼徹斯特編碼：時(shí)鐘起點(diǎn)變化代表時(shí)鐘起點(diǎn)變化代表0 0，不變化代，不變化代表表1 1，時(shí)鐘中點(diǎn)波形變化。，時(shí)鐘中點(diǎn)波形變化。三種數(shù)字編碼的波形圖三種數(shù)字編碼的波形圖看起始邊沿看起始邊沿,變化變化=0不變不變=1看整個(gè)周期看整個(gè)周期1個(gè)碼元2.3 2.3 數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼2. 模擬數(shù)據(jù)編碼：模擬數(shù)據(jù)編碼： 幅值鍵控幅值鍵控(amplitude-sheft keying,ASK)(amplitude-sheft keying,ASK)：載波信載波信號(hào)幅度隨原始信號(hào)變化。號(hào)幅度隨原始信號(hào)變化。 頻移鍵控頻移鍵控(frequency-sheft keying,FSK)(frequency-shef

21、t keying,FSK)：載波信載波信號(hào)頻率隨原始信號(hào)變化。號(hào)頻率隨原始信號(hào)變化。 相移鍵控相移鍵控(phase-sheft keying,PSK)(phase-sheft keying,PSK)：載波信號(hào)相載波信號(hào)相位隨原始信號(hào)變化。位隨原始信號(hào)變化。圖2.9 三種模擬數(shù)據(jù)編碼調(diào)制后的信號(hào)波形2.4 2.4 數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式1. 串行傳輸和并行傳輸：串行傳輸和并行傳輸：2. 同步傳輸與異步傳輸：同步傳輸與異步傳輸：同步傳輸中，所有設(shè)備都同步傳輸中，所有設(shè)備都使用一個(gè)共同的時(shí)鐘信號(hào)，所有傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位都和這使用一個(gè)共同的時(shí)鐘信號(hào)，所有傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位都和這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)同步。異步傳輸中，每個(gè)通

22、信節(jié)點(diǎn)都有自個(gè)時(shí)鐘信號(hào)同步。異步傳輸中，每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)都有自己的時(shí)鐘信號(hào)，每發(fā)送一次數(shù)據(jù)進(jìn)行一次同步。己的時(shí)鐘信號(hào)，每發(fā)送一次數(shù)據(jù)進(jìn)行一次同步。3. 位同步、字符同步、幀同步：位同步、字符同步、幀同步：為了能使接收方正為了能使接收方正確恢復(fù)串序列。確恢復(fù)串序列。2.5 2.5 通信線路的工作方式通信線路的工作方式1. 單工通信：?jiǎn)喂ねㄐ牛褐荒軉蜗蛲ㄐ?。只能單向通信?. 半雙工通信：半雙工通信：任一時(shí)刻只能進(jìn)行雙向通信中的一個(gè)任一時(shí)刻只能進(jìn)行雙向通信中的一個(gè)方向通信。方向通信。3. 全雙工通信：全雙工通信：可同時(shí)進(jìn)行雙向通信。可同時(shí)進(jìn)行雙向通信。2.6 2.6 信號(hào)的傳輸模式信號(hào)的傳輸模式1.

23、基帶傳輸：基帶傳輸：基本不改變數(shù)據(jù)信號(hào)頻率進(jìn)行信號(hào)傳輸?；静桓淖償?shù)據(jù)信號(hào)頻率進(jìn)行信號(hào)傳輸。2. 載波傳輸：載波傳輸：ASK、FSK、PSK。3. 寬帶傳輸：寬帶傳輸：在同一介質(zhì)上可傳輸多個(gè)頻帶的信號(hào)。一在同一介質(zhì)上可傳輸多個(gè)頻帶的信號(hào)。一是傳輸速率高，二是寬帶網(wǎng)可劃分為多條基帶信道。是傳輸速率高，二是寬帶網(wǎng)可劃分為多條基帶信道。2.7 2.7 傳輸差錯(cuò)及其檢測(cè)傳輸差錯(cuò)及其檢測(cè)1. 傳輸差錯(cuò)的類型：傳輸差錯(cuò)的類型：?jiǎn)伪忍亍⒍啾忍?、突發(fā)錯(cuò)誤。單比特、多比特、突發(fā)錯(cuò)誤。2. 傳輸差錯(cuò)的檢測(cè)：傳輸差錯(cuò)的檢測(cè)： 奇偶校驗(yàn)：只能檢測(cè)單比特錯(cuò)誤奇偶校驗(yàn)：只能檢測(cè)單比特錯(cuò)誤 求和校驗(yàn)：分段求和校驗(yàn)：分段-求

24、和求和-校驗(yàn)和取反校驗(yàn)和取反-發(fā)送發(fā)送 縱向冗余校驗(yàn)：各自數(shù)據(jù)域奇偶校驗(yàn)縱向冗余校驗(yàn)：各自數(shù)據(jù)域奇偶校驗(yàn)-各單位數(shù)據(jù)域所各單位數(shù)據(jù)域所有對(duì)應(yīng)位奇偶校驗(yàn)有對(duì)應(yīng)位奇偶校驗(yàn)-所有奇偶校驗(yàn)位組成新的數(shù)據(jù)單元所有奇偶校驗(yàn)位組成新的數(shù)據(jù)單元-發(fā)送發(fā)送 循環(huán)冗余校驗(yàn)循環(huán)冗余校驗(yàn)(cyclic redundancy check, CRC):能夠檢能夠檢測(cè)測(cè)99.95%的錯(cuò)誤。的錯(cuò)誤。WHY? 3. 循環(huán)冗余校驗(yàn)循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC(Cyclic Redundancy Check )CRC(Cyclic Redundancy Check )：一種通過(guò)多項(xiàng)式除法檢測(cè)錯(cuò)誤的方法。一種通過(guò)多項(xiàng)式除法檢測(cè)錯(cuò)誤的方法。 編

25、碼思想：編碼思想：將位串看成系數(shù)為將位串看成系數(shù)為0或或1的多項(xiàng)式的多項(xiàng)式檢錯(cuò)思想：檢錯(cuò)思想：收發(fā)雙方約定一個(gè)生成多項(xiàng)式收發(fā)雙方約定一個(gè)生成多項(xiàng)式G(x)（其最高階和（其最高階和最低階系數(shù)必須為最低階系數(shù)必須為1），發(fā)送方在幀的末尾加上校驗(yàn)和，使），發(fā)送方在幀的末尾加上校驗(yàn)和，使帶校驗(yàn)和的幀的多項(xiàng)式能被帶校驗(yàn)和的幀的多項(xiàng)式能被G(x)整除。接收方收到后，用整除。接收方收到后，用G(x)除多項(xiàng)式，若有余數(shù)，則傳輸有錯(cuò)。除多項(xiàng)式，若有余數(shù)，則傳輸有錯(cuò)。2.7 2.7 傳輸差錯(cuò)及其檢測(cè)傳輸差錯(cuò)及其檢測(cè) 0 0 0 0 1 0 1 1 0CRC校驗(yàn)示例校驗(yàn)示例待校驗(yàn)數(shù)據(jù)：待校驗(yàn)數(shù)據(jù)：1101,0110

26、,11 G(x) = x4+x+1 , 即即10011 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 01 0 0 1 11 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0余數(shù)余數(shù)傳送序列傳送序列T(x)=1101,0110,1111,102.7 2.7 傳輸差錯(cuò)及其檢測(cè)傳輸差錯(cuò)及其檢測(cè)不借位除法不借位除法1000010101101,0110,111110011111,0110,10112.7 2.7 傳輸差錯(cuò)及其檢測(cè)傳輸差錯(cuò)及其檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)CRC生成多項(xiàng)式生成多項(xiàng)式G（x）CRC-12 G（x）=

27、x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16 G（x）= x16+x15+x2+1CRC-CCITT G（x）= x16+x12+x5+1CRC-32 G（x）= x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+ x10 +x8+x7+x5+x4 + x2+x+1 校驗(yàn)過(guò)程中采用的生成多項(xiàng)式校驗(yàn)過(guò)程中采用的生成多項(xiàng)式G(x)由協(xié)議規(guī)定。由協(xié)議規(guī)定。2.7 2.7 傳輸差錯(cuò)及其檢測(cè)傳輸差錯(cuò)及其檢測(cè)CRC校驗(yàn)的檢錯(cuò)能力校驗(yàn)的檢錯(cuò)能力全部單比特錯(cuò)誤；全部單比特錯(cuò)誤；全部離散的二位錯(cuò)；全部離散的二位錯(cuò)；全部奇數(shù)個(gè)數(shù)的錯(cuò)；全部奇數(shù)個(gè)數(shù)的錯(cuò)；全部長(zhǎng)度小于或等于全部長(zhǎng)度小于或等于k位的突發(fā)錯(cuò)；位的

28、突發(fā)錯(cuò)；能以能以 的概率檢查出長(zhǎng)度為的概率檢查出長(zhǎng)度為(k+1)位的突發(fā)錯(cuò)。位的突發(fā)錯(cuò)。2.7 2.7 傳輸差錯(cuò)及其檢測(cè)傳輸差錯(cuò)及其檢測(cè)1)21(1kCRC的檢錯(cuò)能力強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)，是目前應(yīng)用最廣泛的的檢錯(cuò)能力強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)，是目前應(yīng)用最廣泛的檢錯(cuò)碼編碼方法之一。檢錯(cuò)碼編碼方法之一。傳輸差錯(cuò)的校正：在接收端發(fā)現(xiàn)并自動(dòng)糾正錯(cuò)誤的過(guò)程。傳輸差錯(cuò)的校正：在接收端發(fā)現(xiàn)并自動(dòng)糾正錯(cuò)誤的過(guò)程。常用的兩種差錯(cuò)校正方法是常用的兩種差錯(cuò)校正方法是自動(dòng)重傳自動(dòng)重傳與與前向差錯(cuò)糾正。前向差錯(cuò)糾正。自動(dòng)重傳：自動(dòng)重傳：接收端檢測(cè)到錯(cuò)誤，要求發(fā)送端重新發(fā)接收端檢測(cè)到錯(cuò)誤，要求發(fā)送端重新發(fā)送該數(shù)據(jù)，替代錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。送該數(shù)據(jù)，替

29、代錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。 停止等待方式：發(fā)送方只有收到接收方接受正確停止等待方式：發(fā)送方只有收到接收方接受正確的應(yīng)答幀，才發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)幀。的應(yīng)答幀，才發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)幀。 連續(xù)方式：如果沒(méi)有錯(cuò)誤，一直連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。連續(xù)方式：如果沒(méi)有錯(cuò)誤，一直連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。只有出現(xiàn)錯(cuò)誤，才重新發(fā)送已經(jīng)發(fā)送過(guò)的數(shù)據(jù)。只有出現(xiàn)錯(cuò)誤，才重新發(fā)送已經(jīng)發(fā)送過(guò)的數(shù)據(jù)。2.8 2.8 傳輸差錯(cuò)的校正傳輸差錯(cuò)的校正 連續(xù)自動(dòng)重傳方式又分為：拉回方式和選擇重發(fā)方式。連續(xù)自動(dòng)重傳方式又分為：拉回方式和選擇重發(fā)方式。 拉回方式：從出錯(cuò)開(kāi)始的數(shù)據(jù)幀到當(dāng)前停止時(shí)已經(jīng)發(fā)送拉回方式：從出錯(cuò)開(kāi)始的數(shù)據(jù)幀到當(dāng)前停止時(shí)已經(jīng)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀，全部重發(fā)的數(shù)據(jù)幀，全部

30、重發(fā)（一般與流控結(jié)合使用）（一般與流控結(jié)合使用） 。 選擇重發(fā)方式：哪個(gè)數(shù)據(jù)幀出錯(cuò)，就重新發(fā)送該數(shù)據(jù)幀選擇重發(fā)方式：哪個(gè)數(shù)據(jù)幀出錯(cuò)，就重新發(fā)送該數(shù)據(jù)幀，然后接著停止時(shí)發(fā)送的最后數(shù)據(jù)幀的后面發(fā)送數(shù)據(jù)，然后接著停止時(shí)發(fā)送的最后數(shù)據(jù)幀的后面發(fā)送數(shù)據(jù)(發(fā)發(fā)送方需要緩存前面所有未被確認(rèn)的幀送方需要緩存前面所有未被確認(rèn)的幀)。 選擇重發(fā)方式效率高。處理技術(shù)要復(fù)雜些。選擇重發(fā)方式效率高。處理技術(shù)要復(fù)雜些。 2.8 2.8 傳輸差錯(cuò)的校正傳輸差錯(cuò)的校正前向差錯(cuò)糾正：前向差錯(cuò)糾正： 接收端檢測(cè)和糾正數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤，不需要發(fā)送端接收端檢測(cè)和糾正數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤，不需要發(fā)送端重新發(fā)送該數(shù)據(jù)。將一些額外的位加入到通信數(shù)據(jù)中

31、，重新發(fā)送該數(shù)據(jù)。將一些額外的位加入到通信數(shù)據(jù)中，這些額外的數(shù)據(jù)位按照某種編碼方式進(jìn)行編碼。這些額外的數(shù)據(jù)位按照某種編碼方式進(jìn)行編碼。 增加通信數(shù)據(jù)量和進(jìn)行編碼的工作量。增加通信數(shù)據(jù)量和進(jìn)行編碼的工作量。 單比特錯(cuò)誤校正需要增加的冗余位數(shù)為單比特錯(cuò)誤校正需要增加的冗余位數(shù)為r，數(shù)據(jù)單元，數(shù)據(jù)單元長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為m，則，則2 =m+r+1必須被滿足。例如必須被滿足。例如m=7，則，則4位冗余位才能表達(dá)所有出錯(cuò)位。位冗余位才能表達(dá)所有出錯(cuò)位。r2.8 2.8 傳輸差錯(cuò)的校正傳輸差錯(cuò)的校正表示數(shù)據(jù)出錯(cuò)的位狀態(tài)+冗余數(shù)據(jù)出錯(cuò)的位狀態(tài)+無(wú)錯(cuò)狀態(tài) 海明碼的編碼海明碼的編碼發(fā)送方：發(fā)送方：v1 1 確定要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元的