第2章數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)090305

1、信息源和輸入轉(zhuǎn)換器發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備輸出轉(zhuǎn)換器和受信者噪聲數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)：電話機(jī)電話線電話線電話機(jī)電話交換網(wǎng)電話交換網(wǎng)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)ModemModem 01001000+0+0+0+0212+數(shù)據(jù)(a)ASK(b)FSK(c)PSK(絕對)(d)PSK(相對)12101001000+0+0+0+0212+數(shù)據(jù)(a)ASK(b)FSK(c)PSK(絕對)(d)PSK(相對)121 01001000+0+0+0+0212+數(shù)據(jù)(a)ASK(b)FSK(c)PSK(絕對)(d)PSK(相對)12101001000+0+0+0+0212+數(shù)據(jù)(a)ASK(b)FSK(c)PSK(絕對)(d)PSK(相對

2、)121 01001000+0+0+0+0212+數(shù)據(jù)(a)ASK(b)FSK(c)PSK(絕對)(d)PSK(相對)12101001000+0+0+0+0212+數(shù)據(jù)(a)ASK(b)FSK(c)PSK(絕對)(d)PSK(相對)12101001000+0+0+0+0212+數(shù)據(jù)(a)ASK(b)FSK(c)PSK(絕對)(d)PSK(相對)12101001000+0+0+0+0212+數(shù)據(jù)(a)ASK(b)FSK(c)PSK(絕對)(d)PSK(相對)121AMI碼偽三元碼01001100011信號交替反轉(zhuǎn)碼信號交替反轉(zhuǎn)碼AMI中中: “0”用用無電壓無電壓狀態(tài)表示，狀態(tài)表示， “1”由極

3、性上由極性上交替進(jìn)行的正脈沖或負(fù)脈沖交替進(jìn)行的正脈沖或負(fù)脈沖表示表示偽三元碼中偽三元碼中: “1”用用無電壓無電壓狀態(tài)表示，狀態(tài)表示， “0”由交替的由交替的正、負(fù)脈沖正、負(fù)脈沖表示。表示。 PCM操作包括：操作包括：采樣、量化與編碼采樣、量化與編碼3部分。部分。 1.采樣采樣:每隔一定的時(shí)間間隔對連續(xù)的模擬信號采每隔一定的時(shí)間間隔對連續(xù)的模擬信號采樣樣,這樣模擬信號就成為離散的模擬信號這樣模擬信號就成為離散的模擬信號,用它來近用它來近似的代表原信號。根據(jù)采樣定理，似的代表原信號。根據(jù)采樣定理，采樣頻率采樣頻率f為為 f2fmax，式中，式中fmax為原信號的最高為原信號的最高頻率。頻率。 2

4、.量化：量化：量化是將采樣獲得的樣本幅度按量化級決量化是將采樣獲得的樣本幅度按量化級決定取值的過程。經(jīng)過量化后的樣本幅度為離散的量定取值的過程。經(jīng)過量化后的樣本幅度為離散的量級值，已不是連續(xù)值。這級值，已不是連續(xù)值。這依據(jù)精度要求決定。依據(jù)精度要求決定。 3.編碼：編碼：編碼是用相應(yīng)位數(shù)的二進(jìn)制代碼表示量化編碼是用相應(yīng)位數(shù)的二進(jìn)制代碼表示量化后的采樣樣本的量級。如果有后的采樣樣本的量級。如果有K個(gè)量化級，則二進(jìn)個(gè)量化級，則二進(jìn)制的位數(shù)為制的位數(shù)為2KD8D7D6D5D4D3D2D100.51.01.5At0.270.30.620.61.281.31.521.51.261.30.730.70.4

5、10.40.120.1(a)樣本量化級二進(jìn)制編碼編碼信號0001010001111101111111010110001136131513741D1D2D3D4D5D6D7D8(b)一個(gè)字符一個(gè)字符01起止起止發(fā)送接收單向通道單向通道雙向通道雙向通道雙向通道雙向通道(a)(a)(b)(b)(c)(c)發(fā)送接收接收發(fā)送發(fā)送接收接收發(fā)送非理想信道實(shí)際的信道上存在三類損耗：衰減、延遲、噪聲。a）衰減 信道的損耗引起信號強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致信噪比S/N降低。b）延遲 信號中的各種頻率成分在信道上的延遲時(shí)間各不相同，在接收端會(huì)產(chǎn)生信號畸變。c）噪聲 熱噪聲：由導(dǎo)體內(nèi)的熱擾動(dòng)引起，又稱為白噪聲。 串?dāng)_：信道間產(chǎn)生

6、的不必要的耦合。例：多對雙絞線 脈沖噪聲：非連續(xù)、隨機(jī)、振幅較大。多由外部電磁干擾造成（閃電、大功率電機(jī)啟動(dòng)等）。 噪聲將破壞信號，產(chǎn)生誤碼。持續(xù)時(shí)間0.01s的干擾可以破壞約560個(gè)比特（56Kbps）。C = W log2 (1+SN)S/NdB = 10 log10 S/N例：信道帶寬例：信道帶寬W=3KHz，信噪比為，信噪比為30dB，則，則C=3000*log2(1+1000) 30KbpsNyquist公式和公式和Shannel公式的比較公式的比較 C = 2W log2M 此公式說明數(shù)據(jù)傳輸率此公式說明數(shù)據(jù)傳輸率C隨信號編碼級數(shù)隨信號編碼級數(shù)增加而增加。增加而增加。M為編碼級數(shù)為

7、編碼級數(shù). C = W log2(1+S/N) 無論采樣頻率多高，信號編碼分多少級，無論采樣頻率多高，信號編碼分多少級，此公式給出了信道能達(dá)到的最高傳輸速率。此公式給出了信道能達(dá)到的最高傳輸速率。原因：噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限原因：噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限 增加。增加。組合器111100001270Hz振蕩器1070Hz振蕩器01 0 1 0 1+-信道上來的調(diào)制信號(模擬信號)1270Hz帶通濾波器1070Hz帶通濾波器檢波器 1檢波器 210合成器數(shù)字波形2225120250HzHz 表示數(shù)據(jù)表示數(shù)據(jù)1270110700HzHz 表示數(shù)據(jù)表示數(shù)據(jù)呼叫請求呼叫請求呼叫應(yīng)答呼叫

8、應(yīng)答報(bào)文或報(bào)文分組報(bào)文或報(bào)文分組應(yīng)答應(yīng)答釋放請求釋放請求釋放應(yīng)答釋放應(yīng)答線路建立線路建立數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸線路釋放線路釋放節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) 節(jié)點(diǎn) 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式可以分為兩類：報(bào)文交換報(bào)文交換（message switching）與報(bào)文分組交換報(bào)文分組交換（packet switching）。報(bào)文交換報(bào)文交換與報(bào)文分組交換報(bào)文分組交換結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)如下所示：如下所示：ACHAEFGBACKACKACKDACKHBP2. . . .P2P1P1P1P1P2P2P2ACKP1ACK塑料外皮金屬屏蔽層絕緣皮銅芯保護(hù)套雙絞線對圖2-9 UTP電纜光傳輸系統(tǒng)三個(gè)組成部分 頻分復(fù)用器解復(fù)用器信 號 1信 號 2信 號

9、 3信 號 41234通 道 1通 道 2通 道 3通 道 4保 護(hù) 頻 帶時(shí)分復(fù)用器解復(fù)用器信 號 1信 號 2信 號 3信 號 412344 3 2 1 4 3 2 1ABABABBA沖突B重發(fā)A重發(fā)信道節(jié)點(diǎn)B：節(jié)點(diǎn)A：1234567ABABBA沖突B重發(fā)A重發(fā)信道節(jié)點(diǎn)B：節(jié)點(diǎn)A：時(shí)鐘：89AB總線忙幀發(fā)送幀裝配開始發(fā)送 檢測到?jīng)_突？發(fā)送人為干擾嘗試次數(shù)加1嘗試次數(shù)過多？計(jì)算退讓值等待退讓時(shí)間 發(fā)送完成否？完成：發(fā)送正確完成：沖突過多錯(cuò)YYYYNNNA 開始發(fā)送幀B 開始發(fā)送幀t =0t = tptt = tpt = 2tpB 檢測出沖突A 檢測出沖突tp 最壞情況下通道的傳輸傳播延遲AB

10、令牌環(huán)的工作過程(由A向節(jié)點(diǎn)發(fā)數(shù)據(jù)）空閑令牌ACBD忙令牌ACBDCBDA空閑令牌ACBDPS=CNS=DAPS=BNS=ACEPS=DNS=CBPS=ANS=BD信源通信信道信宿數(shù)據(jù)噪聲數(shù)據(jù)+噪聲(a)001100111100011111000011000100010110011001010傳輸數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號波形噪聲數(shù)據(jù)信號與噪聲信號疊加后的波形采樣時(shí)間接收數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)出錯(cuò)的位(b)發(fā)送方接收方發(fā)送數(shù)據(jù) f ( x )生成多項(xiàng)式 G ( x )f(x)xk.G(x)=Q(x)+R(x)G(x)實(shí)際發(fā)送: f ( x)xk.+R(x)數(shù)據(jù)字段校驗(yàn)字段f(x)xk.R(x)發(fā)送數(shù)據(jù) f (x)生成

11、多項(xiàng)式 G ( x )R(x)=R(x) 接收正確R(x)=R(x) 接收出錯(cuò)發(fā)送f(x)xk.G(x)=Q(x)+R(x)G(x)1 1 0 0 1 1 0 0 0 01 1 0 0 1G(x)1 1 0 0 11 0 0 0 01 1 0 0 11 0 0 1R(x)1 0 0 0 0 1Q(x)f(x).xk1 1 0 0 1 1發(fā)送數(shù)據(jù)比特序列CRC校驗(yàn)碼比特序列1 0 0 1帶CRC校驗(yàn)碼的發(fā)送數(shù)據(jù)比特序列1 1 0 0 1 1 1 0 0 11 1 0 0 11 1 0 0 11 1 0 0 11 1 0 0 101 0 0 0 0 1海明碼碼組位長度n，冗余位長度r，數(shù)據(jù)位長度k

12、的關(guān)系冗余碼從左至右依次填充位置如何求得冗余碼接受方如何判斷出錯(cuò)，確定出錯(cuò)誤位并糾錯(cuò)01010101ACKACKACK發(fā)送端接收端112312322NAK012345670123456方向方向當(dāng)發(fā)送一幀時(shí)這個(gè)邊界就向右移動(dòng)當(dāng)接收到確認(rèn)幀后，這個(gè)邊界向右移動(dòng)發(fā)送方窗口 為克服停止等待方式效率低的不足，可以在接到一個(gè)正確應(yīng)答前發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)幀，即用一個(gè)ACK幀對多個(gè)數(shù)據(jù)幀的接收進(jìn)行確認(rèn)。 所謂滑動(dòng)窗口是指發(fā)送方和接收方創(chuàng)建的發(fā)送和接收緩沖區(qū)。 012345670123456方向方向當(dāng)接收一幀時(shí)這個(gè)邊界就向右移動(dòng)當(dāng)發(fā)送一個(gè)ACK幀時(shí)，這個(gè)邊界向右移動(dòng)接收方窗口010ACK1發(fā)送端接收端1010ACK0丟失超時(shí)1丟棄ACK0010ACK1發(fā)送端接收端1010ACK0丟失超時(shí)這兩種情況下，發(fā)送方無法獲得回應(yīng)，會(huì)造成通信過程的死鎖。010ACK1發(fā)送端接收端1010ACK0超時(shí)1丟棄ACK01丟棄010ACK1發(fā)送端接收端1010ACK0丟失超時(shí)1丟棄ACK001234564560123456456ACK3重發(fā)發(fā)送端接收端NAK4丟棄012345234501345234重發(fā)發(fā)送端接收端NAK2丟棄 丟失0123456701