數(shù)據(jù)通信原理

1） 數(shù)據(jù)通訊：依照通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在兩個(gè)功能單元之間傳遞數(shù)據(jù)信息，他可以實(shí)現(xiàn)：計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)與終端，終端與終端之間的數(shù)據(jù)信息傳遞。2） 數(shù)據(jù)信號(hào)的基本傳輸方式：基帶傳輸，頻帶傳輸，數(shù)字傳輸。3） 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)：是通過數(shù)據(jù)電路將分布在遠(yuǎn)地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲(chǔ)和處理的系統(tǒng)。4） 數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）：數(shù)據(jù)輸入設(shè)備，數(shù)據(jù)輸出設(shè)備和傳輸控制器組成。5） 傳輸信道：通信線路、通信設(shè)備（模擬通信設(shè)備、數(shù)字通信設(shè)備）。6） 通信控制器：數(shù)據(jù)電路和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的接口。7） 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的信道（按傳輸方式分）：物理實(shí)線傳輸媒介信道（雙絞線電纜、同軸電纜、光纖）、電話網(wǎng)傳輸信道、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸信道。8） 傳輸損耗：D=10lgP。（P為發(fā)送功率，P為接收功率，單位dB）TOC\o"1-5"\h\zP 0 119） 信噪比：（—）=10lg（P）。（P為信號(hào)平均功率，P為噪聲平均功率）NdB p s nn^ 傳輸順序： 并行傳輸、串行傳輸 、10）數(shù)據(jù)傳輸方式：｛ 同步方式： 異步傳輸、同步傳輸 >、數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧飨蚝蜁r(shí)間關(guān)系：?jiǎn)喂?、半雙工、全雙工，11） 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的有效性指標(biāo)：調(diào)制速率，數(shù)據(jù)傳信速率、數(shù)據(jù)傳送速率。12） 調(diào)制速率：NBaud=壽。（七曲為每秒傳輸信號(hào)碼元的個(gè)數(shù)，又稱波特率，單位Baud，T（s）為碼元持續(xù)時(shí)間。13） 數(shù)據(jù)傳信速率：每秒所傳輸?shù)男畔⒘浚瑔挝籦it/s（二進(jìn)制）。當(dāng)信號(hào)為M進(jìn)制時(shí)，傳信速率（R）與調(diào)制速率（N）的關(guān)系為R=NlogM。214） 頻帶利用率：n=符號(hào)速率（Baud/Hz），n=信息傳輸速率［bit/（s?Hz）］。頻帶速率 頻帶寬度15） 差錯(cuò)率：用誤碼率、誤字符率、誤碼組率來表示。誤碼率：接收出現(xiàn)差錯(cuò)的比特?cái)?shù)/總的發(fā)送比特?cái)?shù)。誤字符率：接收出現(xiàn)差錯(cuò)的字符（碼組）數(shù)/總的發(fā)送字符（碼組）數(shù)。

例：某數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)調(diào)制速率為2400Baud,采用八電平傳輸，假設(shè)1000s誤了8個(gè)比特：（1）求誤碼率；（2）設(shè)系統(tǒng)的寬帶為1200Hz，求頻率利用率為多少bit/(s?Hz)。解：（1）數(shù)據(jù)傳信速率為:R=Nbdlog2M=2400log28=7200bit/s誤碼率=接收出現(xiàn)差錯(cuò)的比特?cái)?shù)/總的發(fā)送比特?cái)?shù)=1.11X10-610007200R7200,(2)〃=一二 =6bit/(s?Hz)(2)B120016）信道容量：香農(nóng)定律：16）信道容量：香農(nóng)定律：C=B?（1+土）B為信號(hào)帶寬，《為信噪比。例：有一個(gè)經(jīng)調(diào)制解調(diào)器傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的電話網(wǎng)信道，該信道帶寬為3000Hz,信道噪聲為加性高斯白噪聲，其信噪比為20dB,求該信道的信道容量。解： （S/N）dB=101g（S/N）=20dB 先將dB值化為香農(nóng)公式可用值S/N=102=100C=Blog2（1+S/N）=3000log2（1+100）^19975bit/s數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的構(gòu)成：數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是一個(gè)由分布在各地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備、數(shù)據(jù)交換設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸鏈路所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。第二章數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸一般有3種方法：基帶傳輸、頻帶傳輸、數(shù)字傳輸?；鶐В合?duì)應(yīng)的原始信號(hào)所占據(jù)的頻帶通常從零頻或低頻開始，稱為“基本頻帶”，簡(jiǎn)稱基帶?；鶐鬏敚翰话嵋苹鶐盘?hào)頻譜直接傳輸基帶信號(hào)。頻帶傳輸：需要經(jīng)過調(diào)制將基帶信號(hào)的頻譜搬移到相應(yīng)的載頻頻帶再進(jìn)行傳輸。數(shù)字傳輸：在數(shù)字信道中傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)稱為數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)字傳輸，簡(jiǎn)稱數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?；鶐?shù)據(jù)信號(hào)的功率譜密度表達(dá)式：連續(xù)譜+離散譜

p(f)=P(f)+P(f)=fP(1-P)lG(f)-G(f)|2+f2羅IPG1(#)+(1-P)G2(nf)|25(f-nf)u v s 1 2 s s s sn=s幾種基本的基帶數(shù)據(jù)信號(hào)：?jiǎn)螛O性不歸零信號(hào)單極性歸零信號(hào)雙極性不歸零信號(hào)9T——…霍——O:7T n1Mnoo-:5T :BT 1pn!4TI4T1:$T oo口」1ilnToooTTT■■■2 T■■—2■bipn?:也 ，，割，，：：雙極性歸零信號(hào)ilnilnilnST !4t單極性不歸零信號(hào)單極性歸零信號(hào)雙極性不歸零信號(hào)9T——…霍——O:7T n1Mnoo-:5T :BT 1pn!4TI4T1:$T oo口」1ilnToooTTT■■■2 T■■—2■bipn?:也 ，，割，，：：雙極性歸零信號(hào)ilnilnilnST !4t—uiln!niiui差分信號(hào)——T:.2 ，，aT…，■4T，，時(shí)…，，，聿…，;，，9T，；，例：一形成濾波器幅度特性如圖所示(P-36),如果符合奈奎斯特第一準(zhǔn)則，問:其符號(hào)速率為多少？a為多少?②采用八電平傳輸時(shí)，傳輸速率為多少?③頻帶利用率n為多少②采用八電平傳輸時(shí)，傳輸速率為多少?③頻帶利用率n為多少Baud/Hz?0.5/020004000f/Hz解：如果符合奈奎斯特第一準(zhǔn)則，則|H(f)|應(yīng)以(fN，0.5)呈基對(duì)稱滾降，由注：符號(hào)速率為：2頻譜寬度的關(guān)系:圖示可得：fN=(2000+4000-2000)Hz=3000Hz注：符號(hào)速率為：2頻譜寬度的關(guān)系:倍帶寬；滾降系數(shù)與B=(1+a)f符號(hào)速"&2&小300監(jiān)好倍帶寬；滾降系數(shù)與B=(1+a)f- 4000-30001滾降系數(shù)：a=f^=3傳信速率：R=flogM=6000xlog8bit/s=18000bit/ss2 2頻帶利用率:n=匕=6000Baud/Hz=1.5Baud/HzB4000n=f1京M=...bit/(5產(chǎn))2n= 1+a部分響應(yīng)系統(tǒng)：(第一類)數(shù)據(jù)信號(hào)的頻帶傳輸:二進(jìn)制數(shù)字調(diào)幅(2ASK)信號(hào)P46圖2-23特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了雙邊帶調(diào)制；調(diào)制信號(hào)功率譜密度決定了已調(diào)信號(hào)的功率譜密度，

調(diào)制后的帶寬為基帶信號(hào)帶寬的2倍。二進(jìn)制數(shù)字調(diào)相（2PSK） P51圖2-31二進(jìn)制移鍵控（2FSK）二進(jìn)制移鍵控（2FSK）P57圖2-41 P58圖2-42帶寬B=2fs+|fi-fo|=（2+h）fsh=，1：0稱為頻移指數(shù)。數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)字傳輸：利用數(shù)字信道來傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)與利用模擬信道的傳輸方式相比，優(yōu)點(diǎn)為：（1）傳輸質(zhì)量高，（2）信道傳輸速率高第三章錯(cuò)控制1） 隨機(jī)差錯(cuò)又稱獨(dú)立差錯(cuò)，它是只那些獨(dú)立地、稀疏地和互不相關(guān)地發(fā)生的差錯(cuò)。2） 突發(fā)差錯(cuò)是指一串，甚至是成片出現(xiàn)的差錯(cuò)，差錯(cuò)之間有相關(guān)性，差錯(cuò)出現(xiàn)是密集的。3） 差錯(cuò)控制的核心是抗干擾編碼，或差錯(cuò)控制編碼，簡(jiǎn)稱糾錯(cuò)編碼，也稱信道編碼。4） 信息位（k）+監(jiān)督碼（r）二碼組（n）5）差錯(cuò)控制方式：（1）檢錯(cuò)重發(fā)（ARQ）（2）前向糾錯(cuò)（FEC） （3）混合糾錯(cuò)檢錯(cuò)（HEC） （4）信息反饋（IRQ）優(yōu)缺點(diǎn)：P90-P926） 編碼效率：R=-R越大一編碼效率越高。n碼距：兩個(gè)碼組中對(duì)應(yīng)碼位上具有不同二進(jìn)制碼元的個(gè)數(shù)。漢明距離：在一種編碼中任意兩個(gè)需用碼組間距離的最小值。檢測(cè)e個(gè)錯(cuò)碼：dmin>e+1o糾正t個(gè)錯(cuò)碼：dmin>2t+1糾正t個(gè)錯(cuò)碼，同時(shí)檢測(cè)e個(gè)錯(cuò)碼：dmin>e+t+1。擦錯(cuò)控制編碼的分類：碼組功能：檢錯(cuò)碼、糾錯(cuò)碼碼組中監(jiān)督碼元與信息碼元的關(guān)系：線性碼、非線性碼信息碼元與監(jiān)督碼元的約束關(guān)系：分組碼、卷積碼信息碼元在編碼前后是否保存原來形式不變：系統(tǒng)碼、非系統(tǒng)碼糾正錯(cuò)誤的類型：糾正隨機(jī)錯(cuò)誤碼、糾正突發(fā)錯(cuò)誤碼每個(gè)碼元取值：二進(jìn)制碼、多進(jìn)制碼奇偶監(jiān)督填表漢明碼（糾正一位錯(cuò)誤的線性分組碼）。碼長(zhǎng)：n信息位：k監(jiān)督位：r=n-k

漢明碼編寫碼表 S1S2S3碼錯(cuò)位置漢明碼已知許用碼組，求監(jiān)督碼：根據(jù)碼表求S1根據(jù)碼表求S1=。。。。。。。S2=漢明碼的碼距位3。。。S3=。。。。。。解出a=oooa=。。。。3>e+1 e<2 2t=e t<1線性分組碼監(jiān)督矩陣H=P"H:rxn階矩陣七:rxr階單位陣Q=Pt［監(jiān)督碼元］=［信息碼］Q該式適合于所有的線性碼若已知信息碼元和典型形式的監(jiān)督矩陣H，求監(jiān)督碼元：由矩陣H求矩陣P----Q 得出監(jiān)督碼元生成矩陣G=［IkQ］ Ikkxk階單位陣G位典型的生成矩陣可以生成整個(gè)碼組AA=［an-1an-2...a0］=［信息碼］G(典型的)信息碼1行k列Gk行n列由典型生成矩陣得出的碼組A中，信息位不變，監(jiān)督位附加于其后，則為系統(tǒng)碼。線性分組碼的主要性質(zhì)：①封閉性②碼的最小距離等于非零碼的最小重量。循環(huán)碼(線性分組碼的一種)碼多項(xiàng)式：碼組中的碼元為一個(gè)多項(xiàng)式的系數(shù)：A=(an-1an-2...a0)A(x)=an嚴(yán)-1+a2xn-2+a］X1...a0循環(huán)碼的特性XiA(x)三Ai(x)(模xn+1)一個(gè)(n,k)循環(huán)碼共有2k個(gè)碼組；在(n,k)循環(huán)碼中除全0碼組外，連“0”的長(zhǎng)度最多只能有(k-1)位。生成矩陣雙Tg(x)雙-2g(x)G(x)=xg(x)

g(x)典型的生成矩陣為G=［IkQ］將非典型的生成矩陣轉(zhuǎn)換為典型的生成矩陣：任意幾行模2加取代某一行。生成多項(xiàng)式的另一種求法：循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式g（x）應(yīng)該是xn+1的一個(gè)（n-k）次因子。例如：X7+1=（X+1）（X3+X2+1）（X3+X+1）則g1（x）=（X+1）（X3+X2+1） g2（x）=（x+1）（X3+x+1）展開因式用模二加卷積碼（不屬于線性碼，是非分組碼，連環(huán)碼）（n,k,N）n碼元,k監(jiān)督位,N段時(shí)間編碼效率R=-。n第四章數(shù)據(jù)交換（電路交換、報(bào)文交換、分組交換、幀中繼、ATM交換）電路交換優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1） 信息的傳輸時(shí)延小，且對(duì)一次連續(xù)而言，傳輸時(shí)延固定不變。（2） 交換機(jī)對(duì)用戶的數(shù)據(jù)信息不存儲(chǔ)、分析和處理。所以，交換機(jī)在處理方面的開銷比較小，傳用戶數(shù)據(jù)信息時(shí)不必附加許多控制信息，信息傳輸?shù)男时容^高。（3） 信息的編碼方法和信息格式由通信雙方協(xié)調(diào)，不受網(wǎng)絡(luò)的限制。缺點(diǎn)：（1） 電路連續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)傳輸較短信息時(shí)，電路接續(xù)時(shí)間可能大于通信時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)利用率低。（2） 電路資源被通信雙方獨(dú)占，電路利用率低。（3） 不同類型的終端（終端的數(shù)據(jù)速率、代碼格式、通信協(xié)議等不同）不能相互通信。這是因?yàn)殡娐方粨Q機(jī)不具備變碼、變速等功能。（4） 有呼損。當(dāng)對(duì)方用戶終端忙或交換網(wǎng)負(fù)載過重而叫不通，則出現(xiàn)呼損。（5） 傳輸質(zhì)量較差。電路交換機(jī)不具備差錯(cuò)控制、流量控制等功能，只能在“端-端”間進(jìn)行差錯(cuò)控制，其傳輸質(zhì)量較多地依賴于線路的性能，因而差錯(cuò)率較高。報(bào)文交換概念、原理：概念：報(bào)文交換屬于存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，當(dāng)用戶的報(bào)文到達(dá)交換機(jī)時(shí)，先將報(bào)文存儲(chǔ)在交換機(jī)的存儲(chǔ)器中（內(nèi)存或外存），當(dāng)所需要的輸出電路有空閑時(shí)，再將該報(bào)文發(fā)向接收交換機(jī)或用戶終端。在報(bào)文交換方式中是以報(bào)文為單位接收、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)信息。為了準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，一份報(bào)文應(yīng)包括三部分：（1） 報(bào)頭或標(biāo)題。它包括發(fā)信站地址。終點(diǎn)收信地址和其他輔助控制信息等。（2） 報(bào)文和正文。傳輸用戶信息。（3） 報(bào)尾。表示報(bào)文的結(jié)束標(biāo)志，若報(bào)文長(zhǎng)度有規(guī)定，則可以省去此標(biāo)志。原理：報(bào)文交換方式原理如圖（書P-136）所示。報(bào)文交換機(jī)主要由通信控制器、中央處理器和外存儲(chǔ)器組成，如圖（書P36）所示。實(shí)現(xiàn)報(bào)文交換的過程是這樣的：交換機(jī)中的通信控制器探尋各條輸入用戶線路，若某條用戶線路由報(bào)文輸入，則向中央處理機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求，并逐字把報(bào)文送入內(nèi)存儲(chǔ)器。一旦接收到報(bào)文結(jié)束標(biāo)志，則表示一份報(bào)文已全部接收完畢，中央處理機(jī)對(duì)報(bào)文進(jìn)行處理。如分析報(bào)頭、判別和確定路由，登輸出派對(duì)表等。然后，將報(bào)文轉(zhuǎn)存到外部大容量存儲(chǔ)器，經(jīng)通信控制器向線路發(fā)送出去。由圖4-3（書P-136）可見，對(duì)于報(bào)文交換，來自交換機(jī)不同輸入線路的報(bào)文（不同用戶的報(bào)文）可以去往同一條輸出線路，在交換機(jī)內(nèi)部要排隊(duì)等待，一般本著先進(jìn)先出的原則。而在局間中繼線上不同用戶的報(bào)文占用同一條線路傳輸，采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用。在報(bào)文交換中，由于報(bào)文是經(jīng)過存儲(chǔ)的，因此通信就不是交互或?qū)崟r(shí)的。不過，對(duì)不同類型的信息流設(shè)置不同的優(yōu)先等級(jí)，則優(yōu)先級(jí)高的報(bào)文可以縮短排隊(duì)等待時(shí)間。采用優(yōu)先等級(jí)方式也可以在一定程度上支持交互通信，在通信高峰時(shí)也可以把優(yōu)先級(jí)低的報(bào)文送入外存儲(chǔ)器排隊(duì)，以減少由于繁忙引起的阻塞。報(bào)文交換優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1） 可使不同類型的終端設(shè)備之間相互進(jìn)行通信。因?yàn)閳?bào)文交換機(jī)具有存儲(chǔ)和處理能力，可對(duì)輸入輸出電路上的速率、編碼格式進(jìn)行交換。（2） 在報(bào)文交換過程中沒有電路接續(xù)過程，來自不同用戶的報(bào)文可以在同一條線路上以報(bào)文為單位實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用，線路可以以它的最高傳輸能力工作，大大提高了線路的利用率。（3） 用戶不需要叫通對(duì)方就可以發(fā)送報(bào)文，可以無(wú)呼損?？蓪?shí)現(xiàn)同報(bào)文通信，即同一報(bào)文可以由交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)到不同的收信地點(diǎn)