數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)知識

數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)知識

2.1數(shù)據(jù)通信技術(shù)

2.1.1模擬數(shù)據(jù)通信和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信

1.幾個術(shù)語的解釋

1＞數(shù)據(jù)一定義為有意義的實體。數(shù)據(jù)可分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)是在某區(qū)

間內(nèi)連續(xù)變化的值；數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是離散的值。

2＞信號一是數(shù)據(jù)的電子或電磁編碼。信號可分為模擬信號和數(shù)字信號。模擬信號是隨

時間連續(xù)變化的電流、電壓或電磁波；數(shù)字信號則是一系列離散的電脈沖。可選擇適當(dāng)?shù)?/p>

參量來表示要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

3＞信息一是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋。

4＞信源一通信過程中產(chǎn)生和發(fā)送信息的設(shè)備或計算機(jī)。

5＞信宿一通信過程中接收和處理信息的設(shè)備或計算機(jī)。

6＞信道一信源和信宿之間的通信線路。

2.模擬信號和數(shù)字信號的表示

模擬信號和數(shù)字信號可通過參量〈幅度〉來表示：

圖2.1模擬信號、數(shù)字信號的表示

3.模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的表示

模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都可以用模擬信號或數(shù)字信號來表示,因而無論信源產(chǎn)生的是模擬

數(shù)據(jù)還是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，在傳輸過程中都可以用適合于信道傳輸?shù)哪撤N信號形式來傳輸。

1＞模擬數(shù)據(jù)可以用模擬信號來表示。模擬數(shù)據(jù)是時間的函數(shù)，并占有一定的頻率范圍,

即頻帶。這種數(shù)據(jù)可以直接用占有相同頻帶的電信號,即對應(yīng)的模擬信號來表示。模擬電話

通信是它的一個應(yīng)用模型。

2＞數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以用模擬信號來表示。如M如em可以把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制成模擬信號；也可

以把模擬信號解調(diào)成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。用Modem撥號上網(wǎng)是它的一個應(yīng)用模型。

3＞模擬數(shù)據(jù)也可以用數(shù)字信號來表示。對于聲音數(shù)據(jù)來說,完成模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字信號轉(zhuǎn)

換功能的設(shè)施是編碼解碼器CODEC。它將直接表示聲音數(shù)據(jù)的模擬信號，編碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)

制流近似表示的數(shù)字信號;而在線路另一端的CODEC,則將二進(jìn)制流碼恢復(fù)成原來的模擬數(shù)

據(jù)一數(shù)字電話通信是它的一個應(yīng)用模型。

4＞數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以用數(shù)字信號來表示。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可直接用二進(jìn)制數(shù)字脈沖信號來表示，但

為了改善其傳播特性，一般先要對二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)專線網(wǎng)DDN網(wǎng)絡(luò)通信是

它的一個應(yīng)用模型。

4.數(shù)據(jù)通信的長距離傳輸及信號衰減的克服

1＞模擬信號和數(shù)字信號都可以在合適的傳輸媒體上進(jìn)行傳輸（如圖2.2＞；

模擬數(shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)甥

模擬儲號

校擬「；',二我波翔率數(shù)字信號數(shù)字信號

圖2.2模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號、數(shù)字信號的傳輸表示

2>模擬信號無論表示模擬數(shù)據(jù)還是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，在傳輸一定距離后都會衰減?？朔霓k法

是用放大器來增強(qiáng)信號的能量，但噪音分量也會增強(qiáng),以至引起信號畸變。

3>數(shù)字信號長距離傳輸也會衰減,克服的辦法是使用中繼器，把數(shù)字信號恢復(fù)為“0、1”的

標(biāo)準(zhǔn)電平后繼續(xù)傳輸。

2.1.2數(shù)據(jù)通信中的主要技術(shù)指標(biāo)

1.數(shù)據(jù)傳輸速率

1>數(shù)據(jù)傳輸速率--每秒傳輸二進(jìn)制信息的位數(shù)，單位為位/秒,記作皿或兇。

計算公式:S=l/T*log2N<bps>......(1)

式中T為一個數(shù)字脈沖信號的寬度〈全寬碼〉或重復(fù)周期〈歸零碼〉單位為秒；

N為一個碼元所取的離散值個數(shù)。

通常N=2K,K為二進(jìn)制信息的位數(shù),K=log2N。

N=2時,S=l/T,表示數(shù)據(jù)傳輸速率等于碼元脈沖的重復(fù)頻率。

2>信號傳輸速率--單位時間內(nèi)通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)，單位為波特，記作Baud?

計算公式：B=l/T<Baud>......⑵

式中T為信號碼元的寬度，單位為秒.

信號傳輸速率，也稱碼元速率、調(diào)制速率或波特率。

由⑴、⑵式得：S=B*log2N<bps>......⑶

或B=S/Iog2N<Baud>......(4)

［例1］采用四相調(diào)制方式，即N=4,且T=833xl0-6秒，則

S=l/T*log2N=l/<833xl0-6>*Iog24=2400<bps>

B=1/T=l/<833x10-6>=1200<Baud>

2.信道容量

1>信道容量表示一個信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率,單位:位/秒<bps>

信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別是，前者表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率,是信道傳輸數(shù)

據(jù)能力的極限，而后者是實際的數(shù)據(jù)傳輸速率。像公路上的最大限速與汽車實際速度的關(guān)系

一樣。

2>離散的信道容量

奈奎斯特<Nyquist>無噪聲下的碼元速率極限值B與信道帶寬H的關(guān)系：

B=2*H<Baud>......(5)

奈奎斯特公式--無噪信道傳輸能力公式：

C=2*H*log2N<bps>......(6)

式中H為信道的帶寬，即信道傳輸上、下限頻率的差值,單位為Hz；

N為一個碼元所取的離散值個數(shù)。

［例2］普通電話線路帶寬約3kHz,則碼元速率極限值B=2*H=2*3k=6kBaud；

若碼元的離散值個數(shù)N=16,則最大數(shù)據(jù)傳輸速率C=2*3k*log216=24kbps。

3>連續(xù)的信道容量

香農(nóng)公式一帶噪信道容量公式：

C=H*log2<l+S/N><bps>......(7)

式中S為信號功率，

N為噪聲功率，

S/N為信噪比,通常把信噪比表示成101g<S/N>分貝<dB>。

［例3］已知信噪比為30dB,帶寬為3kHz,求信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。

V101g<S/N>=30:.S/N=1030/10=1000

:.C=3klog2<l+1000>=30kbps

3.誤碼率-二進(jìn)制數(shù)據(jù)位傳輸時出錯的概率。

它是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下的傳輸可靠性的指標(biāo)。在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，一般

要求誤碼率低于106若誤碼率達(dá)不到這個指標(biāo),可通過差錯控制方法檢錯和糾錯。

誤碼率公式：

Pe=Ne/N......(8)

式中Ne為其中出錯的位數(shù)；

N為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總數(shù)。

2.1.3通信方式

1.并行通信方式

并行通信傳輸中有多個數(shù)據(jù)位,同時在兩個設(shè)備之間傳輸。發(fā)送設(shè)備將這些數(shù)據(jù)位通過

對應(yīng)的數(shù)據(jù)線傳送給接收設(shè)備,還可附加一位數(shù)據(jù)校驗位。接收設(shè)備可同時接收到這些數(shù)據(jù),

不需要做任何變換就可直接使用。并行方式主要用于近距離通信。計算機(jī)內(nèi)的總線結(jié)構(gòu)就

是并行通信的例子。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度快，處理簡單。

圖2.3并行數(shù)據(jù)傳輸

2.串行通信方式

串行數(shù)據(jù)傳輸時，數(shù)據(jù)是一位一位地在通信線上傳輸?shù)?，先由具有幾位總線的計算機(jī)內(nèi)

的發(fā)送設(shè)備，將幾位并行數(shù)據(jù)經(jīng)如串巷換硬件轉(zhuǎn)換成串行方式,再逐位經(jīng)傳輸線到達(dá)接收站

的設(shè)備中，并在接收端將數(shù)據(jù)從串行方式重新轉(zhuǎn)換成并行方式，以供接收方使用。串行數(shù)據(jù)傳

輸?shù)乃俣纫炔⑿袀鬏斅枚啵珜τ诟采w面極其廣闊的公用電話系統(tǒng)來說具有更大的現(xiàn)實

意義。

并行到串

接行的找換發(fā)

收送

串行到并

石行的轉(zhuǎn)換

設(shè)設(shè)

備口回回回備

圖2.4串行數(shù)據(jù)傳輸

3.串行通信的方向性結(jié)構(gòu)

串行數(shù)據(jù)通信的方向性結(jié)構(gòu)有三種，即續(xù)工、半雙工和全雙工。

接收設(shè)品|二

(b)半雙工

|發(fā)送設(shè)簽WZAT接收設(shè)備1

接收設(shè)缶巾送設(shè)胡

通信連接

(C)全雙工

圖2.5單工、半雙工、全雙工

單工數(shù)據(jù)傳輸只支持?jǐn)?shù)據(jù)在二朝囪上傳輸；

半雙工數(shù)據(jù)傳輸允許數(shù)據(jù)在西仝左向上傳輸，但是，在某一時刻，只允許數(shù)據(jù)在一個方向

上傳輸，它實際上是一種切換方向的單工通信;

全雙工數(shù)據(jù)通信允許數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳輸，因此.全雙工通信是兩個單工通信方

式的結(jié)合，它要求發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備都有獨(dú)立的接收和發(fā)送能力。

2.2數(shù)據(jù)編碼技術(shù)和時鐘同步

2.2.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號編碼

為了利用廉價的公共電話交換網(wǎng)實現(xiàn)計算機(jī)之間的遠(yuǎn)程通信，必須將發(fā)送端的數(shù)字信號

變換成能夠在公共電話網(wǎng)上傳輸?shù)囊纛l信號，經(jīng)傳輸后再在接收端將音頻信號逆變換成對應(yīng)

的數(shù)字信號。實現(xiàn)數(shù)字信號與模擬信號互換的設(shè)備稱作調(diào)制解調(diào)器〈Modem"

數(shù)字信號模擬信號數(shù)字信號

J-LH_JT-TL

IModem/公用電話*TModemH工作站B

圖2.6遠(yuǎn)程系統(tǒng)中的調(diào)制解調(diào)器

模擬信號傳輸?shù)幕A(chǔ)是載波，載波具有三大要素：幅度、頻率和相位，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以針對

載波的不同要素或它們的組合進(jìn)行調(diào)制。

1.數(shù)字調(diào)制的基本形式

數(shù)字調(diào)制的三種基本形式：移幅鍵控法ASK、移頻鍵控法FSK、移相鍵控法PSK。

I1I0I1I1<0I0I1I01

ASK~I

圖2.7數(shù)字調(diào)制的三種基本形式

在ASK方式下，用載波的兩種不同幅度來表示二進(jìn)制的兩種狀態(tài)。ASK方式容易受增

益變化的影響，是一種低效的調(diào)制技術(shù)。在電話線路上，通常只能達(dá)到1200bps的速率。

在FSK方式下，用載波頻率附近的兩種不同頻率來表示二進(jìn)制的兩種狀態(tài)。在電話線路

上，使用FSK可以實現(xiàn)全雙工操作，通常可達(dá)到1200bps的速率。

在PSK方式下，用載波信號相位移動來表示數(shù)據(jù)。PSK可以使用二相或多于二相的相移,

利用這種技術(shù)，可以對傳輸速率起到加倍的作用。

由PSK和ASK結(jié)合的相位幅度調(diào)制PAM,是解決相移數(shù)已達(dá)到上限但還要提高傳輸速

率的有效方法。

2.公共電話交換網(wǎng)中使用調(diào)制解調(diào)器的必要性

公共電話交換網(wǎng)是一種頻帶模擬信道，音頻信號頻帶為300Hz?3400Hz,而數(shù)字信號頻

寬為0Hz?幾千兆Hzo若不加任何措施利用模擬信道來傳輸數(shù)字信號,必定出現(xiàn)極大的失真

和差錯。所以，要在公共電話網(wǎng)上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，必須將數(shù)字信號變換成電話網(wǎng)所允許的音頻

頻帶范圍300Hz?3400Hz。

2.2.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼

數(shù)字信號可以直接采用基帶傳輸。基帶傳輸就是在線路中直接傳送數(shù)字信號的電脈沖,

它是一種最簡單的傳輸方式，近距離通信的局域網(wǎng)都采用基帶傳輸?；鶐鬏敃r，需要解決的

問題是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號表示及收發(fā)兩端之間的信號同步兩個方面。

1.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號表示

對于傳輸數(shù)字信號來說，最常用的方法是用不同的電壓電平來表示兩個二進(jìn)制數(shù)字，即

數(shù)字信號由矩形脈沖組成。

a>單極性脈沖

b＞雙極性脈沖

】八八01101001

I.U?--Tnr-p-

判決門限---------------------------

o-----LLJJ-----U-----------L

c＞單極性歸零脈沖

j101101001

1.0.…Tnnn

判決門限

uu

-1.0U

d＞雙極性歸零脈沖

0110100

1.0

判決門限TH一一n—.

-1.0u

e＞交替雙極性歸零脈沖

圖2.8基脈沖編碼方案

a＞單極性不歸零碼，無電壓表示“0”,恒定正電壓表示“1”,每個碼元時間的中間點(diǎn)是采樣

時間，判決門限為半幅電平。

b＞雙極性不歸零碼,?！按a和“0“碼都有電流為正電流為負(fù)電流,正和負(fù)的幅度

相等,判決門限為零電平。

c＞單極性歸零碼，當(dāng)發(fā)“1“碼時，發(fā)出正電流，但持續(xù)時間短于一個碼元的時間寬度，即發(fā)

出一個窄脈沖；當(dāng)發(fā)“0”碼時，仍然不發(fā)送電流。

d＞雙極性歸零碼，其中”廣碼發(fā)正的窄脈沖J0”碼發(fā)負(fù)的窄脈沖，兩個碼元的時間間隔可

以大于每一個窄脈沖的寬度，取樣時間是對準(zhǔn)脈沖的中心。

2.歸零碼和不歸零碼、單極性碼和雙極性碼的特點(diǎn)

不歸零碼在傳輸中難以確定一位的結(jié)束和另一位的開始，需要用某種方法使發(fā)送器和接

收器之間進(jìn)行定時或同步;歸零碼的脈沖較窄，根據(jù)脈沖寬度與傳輸頻帶寬度成反比的關(guān)系.

因而歸零碼在信道上占用的頻帶較寬。

單極性碼會積累直流分量，這樣就不能使變壓器在數(shù)據(jù)通信設(shè)備和所處環(huán)境之間提供良

好絕緣的交流耦合，直流分量還會損壞連接點(diǎn)的表面電鍍層;雙極性碼的直流分量大大減少,

這對數(shù)據(jù)傳輸是很有利的。

3.同步過程

1＞位同步

位同步又稱同步傳輸，它是使接收端對每一位數(shù)據(jù)都要和發(fā)送端保持同步。實現(xiàn)位同步

的方法可分為外同步法和自同步法兩種。

在外同步法中，接收端的同步信號事先由發(fā)送端送來，而不是自己產(chǎn)生也不是從信號中

提取出來。即在發(fā)送數(shù)據(jù)之前.發(fā)送端先向接收端發(fā)出一串同步時鐘脈沖，接收端按照這一時

鐘脈沖頻率和時序鎖定接收端的接收頻率，以便在接收數(shù)據(jù)的過程中始終與發(fā)送端保持同

步。

自同步法是指能從數(shù)據(jù)信號波形中提取同步信號的方法。典型例子就是著名的曼徹斯

特編碼，常用于局域網(wǎng)傳輸。在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變,位中間的跳變既作時

鐘信號，又作數(shù)據(jù)信號；從高到低跳變表示“1”,從低到高跳變表示''0”。還有一種是差分曼徹

斯特編碼，每位中間的跳變僅提供時鐘定時，而用每位開始時有無跳變表示“0“或“1”,直跳變

為"O''，無跳變?yōu)?T'。

?.0.0.I,1,0,1.

：im-Ti

_i：（iail不A歸h零lm碼辦j：

!（避曼初蜥特編碼：

（力差分曼力斯特編碼:

I??*?It

圖2.9數(shù)字信號的同步編碼

兩種曼徹斯特編碼是將時鐘和數(shù)據(jù)包含在數(shù)據(jù)流中，在傳輸代碼信息的同時，也將時鐘

同步信號一起傳輸?shù)綄Ψ?每位編碼中有一跳變，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良

好的抗干擾性能。但每一個碼元都被調(diào)成兩個電平,所以數(shù)據(jù)傳輸速率只有調(diào)制速率的1/2。

2>群同步

在數(shù)據(jù)通信中，群同步又稱異步傳輸。是指傳輸?shù)男畔⒈环殖扇舾伞叭骸啊?shù)據(jù)傳輸過程

中，字符可順序出現(xiàn)在比特流中,字符間的間隔時間是任意的，但字符內(nèi)各個比特用固定的時

鐘頻率傳輸。字符間的異步定時與字符內(nèi)各個比特間的同步定時，是群同步即異步傳輸?shù)奶?/p>

征。

群同步是靠起始和停止位來實現(xiàn)字符定界及字符內(nèi)比特同步的。起始位指示字符的開

始，并啟動接收端對字符中比特的同步；而停止位則是作為字符間的間隔位設(shè)置的，沒有停止

位，下一字符的起始位下降沿便可能丟失。

群同步傳輸每個字符由四部組成：

1>1位起始位,以邏輯”0”表示；

2>5~8位數(shù)據(jù)位，即要傳輸?shù)淖址麅?nèi)容；

3>1位奇偶校驗位，用于檢錯；

4>1?2位停止位,以邏輯”1”表示,用作字符間的間隔。

空閑位或前第n個字符空閑位第n+1個字符

??！笽.位號始*.呼校驗位_____________

11105-8位數(shù)據(jù)位0"11_,br

1-2位停止位

圖2.10群同步的字符格式

2.2.3模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼

1.脈碼調(diào)制PCMo

脈碼調(diào)制是以采樣定理為基礎(chǔ)，對連續(xù)變化的模擬信號進(jìn)行周期性采樣，利用之有效信號

最高頻率或其帶寬2倍的采樣頻率，通過低通濾波器從這些采樣中重新構(gòu)造出原始信號。

采樣定理表達(dá)公式：

Fs<=l/Ts>>2Fmax或Fs>2Bs

式中Ts為采樣周期

Fs為采樣頻率

Fmax為原始信號的最高頻率

Bs＜=Fmax-Fmin＞為原始信號的帶寬

2.模擬信號數(shù)字化的三步驟

1＞采樣，以采樣頻率Fs把模擬信號的值采出；

2＞量化,使連續(xù)模擬信號變?yōu)闀r間軸上的離散值;

3＞編碼，將離散值變成一定位數(shù)的二進(jìn)制數(shù)碼。

用J1L叩REn凹

011001100H1110000010101

圖2.11脈碼調(diào)制＜PCM＞原理

2.2.4多路復(fù)用技術(shù)

多路復(fù)用技術(shù)就是把許多個單個信號在一個信道上同時傳輸?shù)募夹g(shù)。頻分多路復(fù)用

FDM和時分多路復(fù)用TDM是兩種最常用的多路復(fù)用技術(shù)。

1.頻分多路復(fù)用FDM技術(shù)原理

在物理信道的可用帶寬超過單個原始信號所需帶寬情況下,可將該物理信道的總聾寬分

割成若干個與傳輸單個信號帶寬相同〈或略寬〉的子信道,每個子信道傳輸一路信號,這就是

步分多路復(fù)用。

多路原始信號在步分復(fù)用前,先要通過頻譜搬移技術(shù)將各路信號的頻譜搬移到物理信道

頻譜的不同段上，使各信號的帶寬不相互重疊,然后用不同的頻率調(diào)制每一個信號，每個信號

要一個樣以它的載波頻率為中心的一定帶寬的通道。為了防止互相干擾，使用保護(hù)帶來隔離

每一個通道。

撅

施

源

通指】：】）

I分

分

源

通道2多

源

uM;多

通道:；路

源

I路

通道1復(fù)

源1-U

用

油

h用

106~滸

源

;器

心

源W?-

,、

><Ml速道8〈18]

＜a＞頻分多路復(fù)用

時

時

分

各

跆

V

用

器

MCXMCX

<b>時分多路復(fù)用

圖2.12頻分多路復(fù)用與時分多路復(fù)用

2.時分多路復(fù)用TDM技術(shù)原理

若媒體能達(dá)到的位傳輸速率超過傳輸數(shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)傳輸速率，可采用時分多路復(fù)用

TDM技術(shù)，即將一條物理信道按時間分成若干個時間片輪流地分配給多個信號使用。每一時

間片由復(fù)用的一個信號占用，這樣，利用每個信號在時間上的交叉，就可以在一條物理信道上

傳輸多個數(shù)字信號。

時分多路復(fù)用TDM不僅局限于傳輸數(shù)字信號，也可同時交叉?zhèn)鬏斈M信號。

3.T1載波與E1載波的幀結(jié)構(gòu)

1>T1載波

Bell系統(tǒng)的T1載波利用脈碼調(diào)制PCM和時分TDM技術(shù)，使24路采樣聲音信號復(fù)用

一個通道。每一個幀包含193位，每一幀用125us時間傳送。T1系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率為

1.544Mbps,

圖2.13T1載波幀結(jié)構(gòu)

2>E1載波

CCITT建議了一種2.048Mbps速率的PCM載波標(biāo)準(zhǔn)，稱為E1載波〈歐洲標(biāo)準(zhǔn)〉。它每

一幀開始處有8位同步作用,中間有8位作用信令,在組織30路8位數(shù)據(jù)，全幀包括256位，每

一幀用125us時間傳送。可計算出E1系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率為256位/125us=2.048Mbps。

2.2.5異步傳輸和同步傳輸

1.異步傳輸方式中，一次只傳輸一個字符。每個字符用一位起始位引導(dǎo)、一位停止位結(jié)

束。在沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時，發(fā)送方可發(fā)送連續(xù)的停止位。接收方根據(jù)“「至“0”的跳變來判斷一

個新字符的開始，然后接收字符中的所有位。

2.同步傳輸時，為使接收雙方能判別數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束，還需要在每個數(shù)據(jù)塊的開始處

和結(jié)束處各加一個幀頭和一個幀尾，加有幀頭、幀尾的數(shù)據(jù)稱為一幀。

2.3數(shù)據(jù)交換技術(shù)

數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后在通信線路上進(jìn)行傳輸,按數(shù)據(jù)傳送技術(shù)劃分，交換網(wǎng)絡(luò)又可分為電路交

換網(wǎng)、報文交換網(wǎng)和分組交換網(wǎng)。圖2.14為一個交換網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

H2o

網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)

A

III11-1

D

115網(wǎng)絡(luò)站

圖2.14交換網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.3.1電路交換的工作原理

1.電路交換的三個過程

1＞曳路建立:在傳輸任何數(shù)據(jù)之前,要先經(jīng)過呼叫過程建立一條端到端的電路。如圖2.14

所示，若H1站要與H3站連接，典型的做法是,H1站先向與其相連的A節(jié)點(diǎn)提出請求，然后A

節(jié)點(diǎn)在通向C節(jié)點(diǎn)的路徑中找到下一個支路。比如A節(jié)點(diǎn)選擇經(jīng)B節(jié)點(diǎn)的電路，在此電路上

分配一個未用的通道，并告訴B它還要連接C節(jié)點(diǎn)；B再呼叫C,建立電路BC,最后，節(jié)點(diǎn)C

完成到H3站的連接。這樣A與C之間就有一條專用電路ABC,用于H1站與H3站之間的

數(shù)據(jù)傳輸。

2＞數(shù)據(jù)傳輸:電路ABC建立以后,數(shù)據(jù)就可以從A發(fā)送到B,再由B交換到C；C也可

以經(jīng)B向A發(fā)送數(shù)據(jù)。在整個數(shù)據(jù)傳輸過程中，所建立的電路必須始終保持連接狀態(tài)。

3＞電路拆除:數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，由某一方（A或C發(fā)出拆除請求，然后逐節(jié)拆除到對方節(jié)

點(diǎn)。

2.電路交換技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及其特點(diǎn)

1＞優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速,數(shù)據(jù)不會丟失且保持原來的序列。

2＞缺點(diǎn)：在某些情況下，電路空閑時的信道容易被浪費(fèi)：在短時間數(shù)據(jù)傳輸時電路建立

和拆除所用的時間得不償失。因此，它適用于系統(tǒng)間要求高質(zhì)量的大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r。

3＞特點(diǎn)：在數(shù)據(jù)傳送開始之前必須先設(shè)置一條專用的通路。在線路釋放之前，該通路由

一對用戶完全占用。對于猝發(fā)式的通信,電路交換效率不高。

傳輸延遲處理延遲

拆除

節(jié)點(diǎn)ABCDABCD

3）電路交換（b）報文交換2.3.2報文交換的工作原理

問題的提出：當(dāng)端點(diǎn)間交換的數(shù)據(jù)具有隨機(jī)性和突發(fā)性時，采用電路交換方法的缺點(diǎn)是

信道容量和有效時間的浪費(fèi)。采用報文交換則不存在這種問題。

1.報文交換原理

報文交換方式的數(shù)據(jù)傳輸單位是報文，報文就是站點(diǎn)一次性要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊，其長度不限

且可變。當(dāng)一個站要發(fā)送報文時,它將一個目的地址附加到報文上.網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)根據(jù)報文上的目

的地址信息，把報文發(fā)送到下一個節(jié)點(diǎn)，一直逐個節(jié)點(diǎn)地轉(zhuǎn)送到目的節(jié)點(diǎn)。

每個節(jié)點(diǎn)在收到整個報文并檢查無誤后，就暫存這個報文，然后利用路由信息找出下一?個

節(jié)點(diǎn)的地址,再把整個報文傳送給下一個節(jié)點(diǎn)。因此，端與端之間無需先通過呼叫建立連接。

一個報文在每個節(jié)點(diǎn)的延遲時間，等于接收報文所需的時間加上向下一個節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)所需

的排隊延遲時間之和。

2.報文交換的特點(diǎn)

1＞報文從源點(diǎn)傳送到目的地采用”存儲-轉(zhuǎn)發(fā)”方式.在傳送報文時.一個時刻僅占用一段

通道。

2＞在交換節(jié)點(diǎn)中需要緩沖存儲，報文需要排隊，故報文交換不能滿足實時通信的要求。

3.報文交換的優(yōu)點(diǎn)

1＞電路利用率高。由于許多報文可以分時共享兩個節(jié)點(diǎn)之間的通道，所以對于同樣的通

信量來說，對電路的傳輸能力要求較低。

2＞在電路交換網(wǎng)絡(luò)上，當(dāng)通信量變得很大很大時，就不能接受新的呼叫。而在報文交換網(wǎng)

絡(luò)上，通信量大時仍然可以接收報文，不過傳送延遲會增加。

3＞報文交換系統(tǒng)可以把一個報文發(fā)送到多個目的地，而電路交換網(wǎng)絡(luò)很難做到這一點(diǎn)。

4＞報文交換網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行速度和代碼的轉(zhuǎn)換。

4.報文交換的缺點(diǎn)

1＞不能滿足實時或交互式的通信要求，報文經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的延遲時間長且不定。

2＞有時節(jié)點(diǎn)收到過多的數(shù)據(jù)而無空間存儲或不能及時轉(zhuǎn)發(fā)時，就不得不丟棄報文，而且

發(fā)出的報文不按順序到達(dá)目的地。

2.3.3分組交換的工作原理分組交換是報文交換的一種改進(jìn)，它將報文分成若干個分組，每個

分組的長度有一個上限，有限長度的分組使得每個節(jié)點(diǎn)所需的存儲能力降低了，分組可以存儲

到內(nèi)存中，提高了交換速度。它適用于交互式通信,如終端與主機(jī)通信。分組交換有虛電路分

組交換和數(shù)據(jù)報分組交換兩種。它是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛的一種交換技術(shù)。

1.虛電路分組交換原理與特點(diǎn)

在虛電路分組交換中，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間要先建一條邏輯

通路。每個分組除了包含數(shù)據(jù)之外還包含一個虛電路標(biāo)識符。在預(yù)先建好的路徑上的每個節(jié)

點(diǎn)都知道把這些分組引導(dǎo)到哪里去，不再需要路由選擇判定。最后,由某一個站用清除請求分

組來結(jié)束這次連接。它之所以是“虛”的，是因為這條電路不是專用的。

虛電路分組交換的主要特點(diǎn)是：在數(shù)據(jù)傳送之前必須通過虛呼叫設(shè)置一條虛電路。但并

不像電路交換那樣有一條專用通路，分組在每個節(jié)點(diǎn)上仍然需要緩沖，并在線路上進(jìn)行排隊等

待輸出。

2.數(shù)據(jù)報分組交換原理與特點(diǎn)

在數(shù)據(jù)報分組交換中，每個分組的傳送是被單獨(dú)處理的。每個分組稱為一個數(shù)據(jù)報，每個

數(shù)據(jù)報自身攜帶足夠的地址信息。一個節(jié)點(diǎn)收到一個數(shù)據(jù)報后，根據(jù)數(shù)據(jù)報中的地址值息和

節(jié)點(diǎn)所儲存的路由信息，找出一個合適的出路.把數(shù)據(jù)報原樣地發(fā)送到下一節(jié)點(diǎn)。由于各數(shù)據(jù)

報所走的路徑不一定相同，因此不能保證各個數(shù)據(jù)報按順序到達(dá)目的地,有的數(shù)據(jù)報甚至?xí)?/p>

途丟失。整個過程中，沒有虛電路建立，但要為每個數(shù)據(jù)報做路由選擇。

2.3.4各種數(shù)據(jù)交換技術(shù)的性能比較

圖2.15幾種交換方法的時序圖

1.電路交換：在數(shù)據(jù)傳輸之前必須先設(shè)置一條完全的通路。在線路拆除〈釋放》之前，該

通路由一對用戶完全占用。電路交換效率不高，適合于較輕和間接式負(fù)載使用租用的線路進(jìn)

行通信。

2.報文交換：報文從源點(diǎn)傳送到目的地采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方式，報文需要排隊。因此報文交

換不適合于交互式通信,不能滿足實時通信的要求。

3.分組交換：分組交換方式和報文交換方式類似，但報文被分成分組傳送,并規(guī)定了最大

長度。分組交換技術(shù)是在數(shù)據(jù)網(wǎng)中最廣泛使用的一種交換技術(shù)，適用于交換中等或大量數(shù)據(jù)

的情況。

2.4拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與傳輸媒體2.4.1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫侵妇W(wǎng)絡(luò)形狀，或者是它在物理上的連通性。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有：星形拓

撲、總線拓?fù)洹h(huán)形拓?fù)?、樹形拓?fù)洹⒒旌贤負(fù)浼熬W(wǎng)形拓?fù)洹?/p>

(a)星形拓?fù)?b)總線拓?fù)?/p>

(e)混合拓?fù)?f)網(wǎng)形拓?fù)?/p>

圖2.16各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇往往與傳輸媒體的選擇及媒體訪問控制方法的確定緊密相關(guān)。在選擇網(wǎng)

絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時，應(yīng)考慮的因素有下列幾點(diǎn):

1＞可靠性。

2＞費(fèi)用。

3＞靈活性。

4＞響應(yīng)時間和吞吐量。

1.星形拓?fù)涞奶攸c(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：1＞控制簡單；

2＞故障診斷和隔離容易；

3＞方便服務(wù)；

缺點(diǎn)：1＞電纜長度和安裝工作量可觀；

2＞中央節(jié)點(diǎn)負(fù)擔(dān)較重，形成瓶頸;

3＞各站點(diǎn)的分布處理能力較低。

2.總線拓?fù)涞奶攸c(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：1＞總線結(jié)構(gòu)所需電纜數(shù)量少；

2＞結(jié)構(gòu)簡單又是無源工作，有較高的可靠性；

3＞易于擴(kuò)充，增減用戶方便。

缺點(diǎn)：1＞傳輸距離有限，通信范圍受到限制；

2＞故障診斷和隔離困難；

3＞分布式協(xié)議不保證信息及時傳送，不具實時功能。站點(diǎn)必須是智能的，要有媒體

訪問控制功能，增加站點(diǎn)軟件和硬件的開銷。

3.環(huán)形拓?fù)涞奶攸c(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：1＞電纜長度短；

2＞增減工作站時只需簡單連接；

3＞可用光纖。

缺點(diǎn)：1＞節(jié)點(diǎn)故障會引起全網(wǎng)的故障;

2＞故障難檢測；

3＞媒體訪問協(xié)議都用令牌傳遞方式,在負(fù)載很輕時，信道利用率較低。

4.樹形拓?fù)涞亩x及優(yōu)缺點(diǎn)

樹形拓?fù)洌簭目偩€拓?fù)溲葑兌鴣?，像一棵倒置的樹，頂端是樹根，樹根以下帶分支，每個分支

還可帶子分支。樹根接收各站點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后再廣播發(fā)送到全網(wǎng)。

優(yōu)點(diǎn)：1＞易于擴(kuò)展；

2＞故障隔離較容易。

缺點(diǎn)：1＞節(jié)點(diǎn)對根依賴性太大.若根發(fā)生故障，則發(fā)網(wǎng)不能正常工作。

5.混合形拓?fù)涞亩x及優(yōu)缺點(diǎn)

混合形拓?fù)洌簩煞N單一拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)混合起來,取兩者的優(yōu)點(diǎn)構(gòu)成的拓?fù)洹?/p>

優(yōu)點(diǎn)：1＞故障診斷和隔離方便；

2＞易于擴(kuò)展；

3＞安裝方便；

缺點(diǎn)：1＞需用帶智能的集中器；

2＞集中器到各站點(diǎn)的電纜長度會增加。

6.網(wǎng)形拓?fù)涞奶攸c(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：1＞應(yīng)用廣泛；

2＞不受瓶頸問題和失效問題的影響。

缺點(diǎn)：1＞結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也復(fù)雜,建設(shè)成本高。

2.4.2傳輸媒體

傳輸媒體是通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送方和接收方之間的物理通路，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中采用的傳輸媒體

分有線和無線兩大類。

傳輸媒體的特性對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量有很大影響,這些特征是：

⑴物理特性：說明傳輸媒體的特性。

⑵傳輸特性：包括是使用模擬信號發(fā)送還是使用數(shù)字信號發(fā)送、調(diào)制技術(shù)、傳輸容量及

傳輸頻率范圍。

⑶連通性：采用點(diǎn)到點(diǎn)連接還是多點(diǎn)連接。

⑷地理范圍：在不用中間設(shè)備并將失真限制在允許范圍內(nèi)的情況下，整個網(wǎng)絡(luò)所允許的

最大距離。

⑸抗干擾性：防止噪音、電磁干擾對傳輸數(shù)據(jù)影響的能力。

⑹相對價格：包括元件、安裝和維護(hù)等價格。

1.有線傳輸媒體

1＞雙絞線＜TP＞-由螺旋狀扭在一起的兩根絕緣導(dǎo)線組成。雙絞線一般分為非屏蔽雙絞線

＜UTP＞和屏蔽雙絞線＜STP＞。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最常用的是第三類和第五類非屏蔽雙絞線。

⑴物理特性：銅質(zhì)線芯，傳導(dǎo)性能良好。

⑵傳輸特性：可用于傳輸模擬信號和數(shù)字信號，對于模擬信號，約5-6公里需要一個放大

器對于數(shù)字信號，約2-3公里需耍一個中繼器。雙絞線的帶寬達(dá)268kHz。

對于模擬信號，可用頻分多路復(fù)用技術(shù)把它分成24路來傳輸音頻模擬信號，根據(jù)目前的

Modem技術(shù)，若使用移相鍵控法PSK,每路可達(dá)9600bps以上，這樣，在一條24路的雙絞線上,

總傳輸率可達(dá)230kbpso

對于數(shù)字信號，使用T1線路總傳輸率可達(dá)1.544Mbps。達(dá)到更高傳輸率也是可能的，但與

距離有關(guān)。

對于局域網(wǎng)C10BASE-T和100BASE-T總線〉，傳輸速率可達(dá)lOMbps-lOOMbps。常用的

3類雙絞線和5類雙絞線電纜均由4對雙絞線組成,3類雙絞線傳輸速率可達(dá)10Mbps,5類雙

絞線傳輸速率可達(dá)100Mbps。但與距離有關(guān)。

⑶連通性：可用于點(diǎn)到點(diǎn)連接或多點(diǎn)連接。

⑷地理范圍：對于局域網(wǎng)，速率100Kbps,可傳輸1公里；速率10Mbps--100Mbps,可傳輸

100米。

⑸抗干擾性：低頻＜10kHz以下〉抗干擾性能強(qiáng)于同軸電纜，高頻＜10-100kHz＞抗干擾性能

弱于同軸電纜。

⑹相對價格：比同軸電纜和光纖便宜得多。

2＞同軸電纜-由繞同一軸線的兩個導(dǎo)體所組成,被廣泛用于局域網(wǎng)中。為保持同軸電纜的

正確電氣特性,電纜必須接地，同時兩頭要有端接器來削弱信號反射作用。

內(nèi)心絕緣材料屏蔽塑料外皮圖2.17同軸電纜

⑴物理特性：單根同軸電纜直徑約為1.02-2.54cm,可在較寬頻范圍工作。

⑵傳輸特性：基帶同軸電纜僅用于數(shù)字傳輸,阻抗為50C,并使用曼徹斯特編碼,數(shù)據(jù)傳輸

速率最高可達(dá)10Mbps。寬帶同軸電纜可用于模擬信號和數(shù)字信號傳輸.阻抗為75Q,對于模擬

信號，帶寬可達(dá)300-450MHzo在CATV電纜上，每個電視通道分配6MHz帶寬,而廣播通道的

帶寬要窄得多，因此，在同軸電纜上使用頻分多路復(fù)用技術(shù)可以支持大量的視、音頻通道。

⑶連通性：可用于點(diǎn)到點(diǎn)連接或多點(diǎn)連接。

⑷地理范圍：基帶同軸電纜的最大距離限制在幾公里；寬帶電纜的最大距離可以達(dá)幾十

公里。

⑸抗干擾性：能力比雙絞線強(qiáng)。

⑹相對價格：比同軸電纜貴，比光纖便宜。

3＞光纖-由能技昱光波的石英玻璃纖維外加保護(hù)層構(gòu)成的。光纖具有寬帶、數(shù)據(jù)傳輸率

高、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。按使用的波長區(qū)的不同分為單模和多模光纖通信方

式。

電信號電信號

圖2.18光纖的電信號傳送過程

⑴物理特性：在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中均采用兩根光纖〈一來一去〉組成傳輸系統(tǒng)。按波長范圍

可分為三種：0.85um波長＜0.8-O.9um＞、1.3um波長＜1.25-1.35um＞和1.5分01波長區(qū)

＜1.53-1.58um＞。不同的波長范圍光纖損耗特性也不同，其中0.85um波長區(qū)為多模光纖通信方

式,1.55um波長區(qū)為單模光纖通信方式,1.3um波長區(qū)有多模和單模兩種方式。

⑵傳輸特性：光纖通過內(nèi)部的全反射來傳輸一束經(jīng)過編碼的光信號，內(nèi)部的全反射可以

在任何折射指數(shù)高于包層媒體折射指數(shù)的透明媒體中進(jìn)行。實際上光纖作為頻率范圍從

1014-1015HZ的波導(dǎo)管，這一范圍覆蓋了可見光譜和部分紅外光譜。光纖的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)

Gbps級，傳輸距離達(dá)數(shù)十公里。目前,一條光纖線路上只能傳輸一個載波，隨著技術(shù)進(jìn)一步發(fā)

展，會出現(xiàn)實用的多路復(fù)用光纖。

⑶連通性：采用點(diǎn)到點(diǎn)連接還是多點(diǎn)連接。

⑷地理范圍：可以在6-8公里的距離內(nèi)不用中繼器傳輸，因此光纖適合于在幾個建筑物

之間通過點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路連接局域網(wǎng)。

⑸抗干擾性：不受噪聲或電磁影響，適宜在長距離內(nèi)保持高數(shù)據(jù)傳輸率，而且能夠提供良

好的安全性。

(6)＞相對價格：目前價格比同軸電纜和雙絞線都貴。

2.無線傳輸媒體

1＞微波通信：載波頻率為2GHz至40GHZ。頻率高，可同時傳送大量信息；由于微波是

沿直線傳播的,故在地面的傳播距離有限。

2＞衛(wèi)星通信：是利用地球同步衛(wèi)星作為中繼來轉(zhuǎn)發(fā)微波信號的一種特殊微波通信形式。

衛(wèi)星通信可以克服地面微波通信距離的限制，三個同步衛(wèi)星可以覆蓋地球上全部通信區(qū)域。

3＞紅外通信和激光通信：和微波通信一樣，有很強(qiáng)的方向性,都是沿直線傳播的。但紅外

通信和激光通信要把傳輸?shù)男盘柗謩e轉(zhuǎn)換為紅外光信號和激光信號后才能直接在空間沿直

線傳播。

微波、紅外線和激光都需要在發(fā)送方和接收方之間有一條視線通路，故它們統(tǒng)稱為視線

媒體。

3.傳輸媒體的選擇

取決于以下諸因素；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)、實際需要的通信容量、可靠性要求、能承受的價

格范圍。

4.基帶同軸電纜與寬帶同軸電纜

基帶同軸電纜用于直接傳輸數(shù)字信號,阻抗為50Q基帶同軸電纜的最大距離限制在幾公

里；寬帶同軸電纜既可傳輸數(shù)字信號也可傳輸模擬信號,阻抗為75C,寬帶電纜的最大距離可

以達(dá)幾十公里。

2.5差錯控制方法2.5.1差錯的產(chǎn)生原因及其控制方法

差錯控制在數(shù)據(jù)通信過程中能發(fā)現(xiàn)或糾正差錯，把差錯限制在盡可能小的允許范圍內(nèi)的

技術(shù)和方法。

信號在物理信道中傳輸時.線路本身電器特性造成的隨機(jī)噪聲、信號幅度的衰減、頻率

和相位的畸變、電器信號在線路上產(chǎn)生反射造成的回音效應(yīng)、相鄰線路間的里戰(zhàn)以及各種外

界因素（如大氣中的閃電、開關(guān)的跳火、外界強(qiáng)電流磁場的變化、電源的波動等都會造成信

號的失真。在數(shù)據(jù)通信中，將會使接受端收到的二進(jìn)制數(shù)位和發(fā)送端實際發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)位

不一致,從而造成由"0"變成"1"或由"1"變成"0”的差錯。

1.熱噪聲和沖擊噪聲

傳輸中的差錯都是由噪聲引起的。噪聲有兩大類.一類是信道固有的、持續(xù)存在的隨機(jī)

熱噪聲;另一類是由外界特定的短暫原因所造成的沖擊噪聲。

熱噪聲引起的差錯稱為隨機(jī)差錯所引起的某位碼元的差錯是孤立的，與前后碼元沒有關(guān)

系。它導(dǎo)致的隨機(jī)錯通常較少。

沖擊噪聲呈突發(fā)狀，由其引起的差錯稱為突發(fā)錯。沖擊噪聲幅度可能相當(dāng)大，無法靠提高

幅度來避免沖擊噪聲造成的差錯,它是傳輸中產(chǎn)生差錯的主要原因。沖擊噪聲雖然持續(xù)時間

較短,但在一定的數(shù)據(jù)速率條件下，仍然會影響到一串碼元。

2.差錯的控制方法

最常用的差錯控制方法是差錯控制編碼。數(shù)據(jù)信息位在向信道發(fā)送之前,先按照某種關(guān)

系附加上一定的笈余位，構(gòu)成一個碼字后再發(fā)送,這個過程稱為差錯控制編碼過程。接收端收

到該碼字后，檢查信息位和附加的冗余位之間的關(guān)系，以檢查傳輸過程中是否有差錯發(fā)生，這

個過程稱為檢驗過程。

差錯控制編碼可分為檢錯碼和糾錯碼。

①檢錯碼一一能自動發(fā)現(xiàn)差錯的編碼；

②糾錯碼一一不僅能發(fā)現(xiàn)差錯而且能自動糾正差錯的編碼。

差錯控制方法分兩類，一類是自動請求重發(fā)ARQ,另一類是前向糾錯FECo

在ARQ方式中，當(dāng)接收端發(fā)現(xiàn)差錯時，就設(shè)法通知發(fā)送端重發(fā)，直到收到正確的碼字為

止。ARQ方式只使用檢錯碼。

在FEC方式中，接收端不但能發(fā)現(xiàn)差錯，而且能確定二進(jìn)制碼元發(fā)生錯誤的位置，從而加

以糾正。FEC方式必須使用糾錯碼。

3.編碼效率

衡量編碼性能好壞的一個重要參數(shù)是編碼效率R,它是碼字中信息位所占的比例。編碼

效率越高，即R越大,信道中用來傳送信息碼元的有效利用率就越高。編碼效率計算公式為：

R=k/n=k/<k+r>

式中k為碼字中的信息位位數(shù)

r為編碼時外加冗余位位數(shù)

n為編碼后的碼字長度

2.5.2奇偶校驗碼

奇偶校驗碼是一種通過增加冗余位使得碼字中"1"的個數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)的編碼方法，它

是一種檢錯碼。

I.垂直奇偶校驗的特點(diǎn)及編碼規(guī)則

發(fā)送順序

T

IllI12...Ilq

信

息

位

121122...I2q

IplIp2...Ipq

rlr2...rq

冗余位

1>編碼規(guī)則：

偶校驗:ri=Ili+I2i+...+Ipi<i=l,2,...,q>

奇校驗：ri=Ili+I2i+...+Ipi+l<i=l,2,...,q>

式中p為碼字的定長位數(shù)

q為碼字的個數(shù)

垂直奇偶校驗的編碼效率為R=p/<p+l>o

2>特點(diǎn)：垂直奇偶校驗又稱縱向奇偶校驗，它能檢測出每列中所有奇數(shù)個錯，但檢測不出

偶數(shù)個的錯。因而對差錯的漏檢率接近l/2o

位'數(shù)字

0123456789

C1

0101010101

C2

00I1001I00

C3

0000111100

C4

0000000011

C5

1111111111

C6

C7

0000000000

偶

co

0110100110

奇

1001011001

2.水平奇偶校驗的特點(diǎn)及編碼規(guī)則

1＞編碼規(guī)則：

發(fā)送順序

T

111112...Ilq

rl

印

121122...I2q

IplIp2...Ipq

L____________J

T

信息位

冗余位

偶校驗：ri=Iil+Ii2+...+Iiq<i=l,2,...,p>

奇校驗：ri=Iil+Ii2+...+Iiq+1<i=l,2,...,p>

式中p為碼字的定長位數(shù)

q為碼字的個數(shù)

水平奇偶校驗的編碼效率為R=q/<q+l>o

2>特點(diǎn)：水平奇偶校驗又稱橫向奇偶校驗,它不但能檢測出各段同一位上的奇數(shù)個錯，而

且還能檢測出突發(fā)長度

位'數(shù)字

0123456789

偶校驗

Cl

0101010101

1

C2

0011001100

0

C3

0000111100

0

C4

0000000011

0

C5

1111111111

1

C6

1111111111

1

C7

0000000000

0

3.水平垂直奇偶校驗的特點(diǎn)及編碼規(guī)則

1＞編碼規(guī)則：

發(fā)送順序

T

ill

112

Hq

rl,q+l

121

122

I2q

r2,q+l

Ipl

Ip2

ipq

rp,q+l

rp+1,1

rp+1,2

rp+l,q

rp+l,q+l

若水平垂直都用偶校驗，則

ri,q+l=Iil+Ii2+...+Iiq<i=l,2,...,p>

rp+l,j=Ilj+I2j+...+Ipj<j=12…,q>

rp+1,q+1=rp+1,1+rp+1,2+...+rp+l,q

=rl,q+1+r2,q+1+...+rp,q+1

水平垂直奇偶校驗的編碼效率為R=pq/[<p+1><q+1。

2>特點(diǎn)：水平垂直奇偶校驗又稱縱橫奇偶校驗。它能檢測出所有3位或3位以下的錯

誤、奇數(shù)個錯、大部分偶數(shù)個錯以及突發(fā)長度

位'數(shù)字

0123456789

校驗碼字

C1

0101010101

1

C2

0011001100

0

C3

0000111100

0

C4

0000000011

0

C5

1111111111

1

C6

1111111111

1

C7

0000000000

0

C8

0110100110

1

2.5.3循環(huán)冗余碼（CRC

1.CRC的工作方法

在發(fā)送端產(chǎn)生一個循環(huán)冗余碼，附加在信息位后面一起發(fā)送到接收端，接收端收到的信息

按發(fā)送端形成循環(huán)冗余碼同樣的算法進(jìn)行校驗,若有錯，需重發(fā)。

2.循環(huán)冗余碼的產(chǎn)生與碼字正確性檢驗例子。

例1.已知：信息碼信息多項式:K<X>=X5+X4+X+1

生成碼:11001生成多項式:G<X>=X4+X3+l<r=4>

求：循環(huán)冗余碼和碼字。

解：1><X5+X4+X+1>*X4的積是X9+X8+X5+X4對應(yīng)的碼是1100110000?

2>積/G<X><按模二算法》。

由計算結(jié)果知冗余碼是1001,碼字就是1100111001..

________100001<-O<X>

G〈x>—11001>1100110000—F〈X>*Xr

11001,

10000

11001

100冗余碼〉

例2.已知：接收碼字:1100111001多項式:T<X>=X9+X8+X5+X4+X3+1

生成碼：11001生成多項式:G<X>=X4+X3+l<m4>

求：碼字的正確性。若正確，則指出冗余碼和信息碼。

解：1>用字碼除以生成碼,余數(shù)為0,所以碼字正確。

________100001<-O<X>

G<x>^l1001>110011100，F(xiàn)<X>*Xr+R<x>

11001,

11001

11001

0-S<X>v余數(shù)〉

2>因r=4,所以冗余碼是：11001,信息碼是:110011

3.循環(huán)冗余碼的工作原理

循環(huán)冗余碼CRC在發(fā)送端編碼和接收端校驗時,都可以利用事先約定的生成多項式

G<X>來得到,K位要發(fā)送的信息位可對應(yīng)于一個<k-l>次多項式K<X>,i■位冗余位則對應(yīng)于一

個<r-l>次多項式R<X>,由r位冗余位組成的n=k+r位碼字則對應(yīng)于一個<n-l>次多項式

T<X>=Xr*K<X>+R<X>c

4.循環(huán)冗余校驗碼的特點(diǎn)

1>可檢測出所有奇數(shù)位錯：

2>可檢測出所有雙比特的錯；

3>可檢測出所有小于、等于校驗位長度的突發(fā)錯。

5.4種生成碼<P44>

2.5.4海明碼

1.海明碼的概念

海明碼是一種可以糾正一位差錯的編碼。它是利用在信息位為k位，增加r位冗余位，構(gòu)

成一個n=k+r位的碼字,然后用r個監(jiān)督關(guān)系式產(chǎn)生的r