計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.2數(shù)字信號(hào)的頻譜和信道帶寬2.3數(shù)字信道的特性2.4物理信道2.5數(shù)據(jù)編碼2.6數(shù)字調(diào)制技術(shù)2.7脈沖編碼調(diào)制2.8通信方式和交換方式2.9多路復(fù)用技術(shù)2.10差錯(cuò)控制

2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念

通信的目的就是傳遞信息。一次通信中產(chǎn)生和發(fā)送信息的一端叫信源,接收信息的一端叫信宿。信源和信宿之間要有通信線路才能互相通信。按通信專家的行話來說,通信線路稱為信道,所以信源和信宿之間的信息交換是通過信道進(jìn)行的。圖2.1通信系統(tǒng)模型

電話機(jī)送話器輸出的話音信號(hào),電視攝像機(jī)產(chǎn)生的圖像信號(hào)等都是模擬信號(hào)。數(shù)字信號(hào)只取有限個(gè)離散值,而且數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換幾乎是瞬時(shí)的。數(shù)字信號(hào)以其某一瞬間的狀態(tài)表示它們傳送的信息。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的波形分別表示在圖2.2的(a)和(b)中。圖2.2模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)

(a)模擬信號(hào)(b)數(shù)字信號(hào)

無論信源產(chǎn)生的是模擬數(shù)據(jù)還是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),在傳輸過程中都要變成適合信道傳輸?shù)男盘?hào)形式。在模擬信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào),在數(shù)字信道中傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)。如果信源產(chǎn)生的是模擬數(shù)據(jù)并且以模擬信道傳輸則叫做模擬通信如果信源發(fā)出的是模擬數(shù)據(jù)而以數(shù)字信號(hào)的形式進(jìn)行傳輸,那么這種通信方式叫數(shù)字通信。數(shù)字通信系統(tǒng)的模型表示在圖2.3中。

圖2.3數(shù)字通信系統(tǒng)模型

2.2數(shù)字信號(hào)的頻譜和信道帶寬

1.傅立葉分析任何周期信號(hào)都是由一個(gè)基波信號(hào)和各種高次諧波信號(hào)合成的,按照傅立葉分析法可以把一個(gè)周期為T的復(fù)雜函數(shù)g(t)表示為無限個(gè)正弦和余弦函數(shù)之和:

其中a0是常數(shù),代表直流分量,且為基頻,an,bn分別是n次諧波振幅的正弦和余弦分量:

2.周期矩形脈沖信號(hào)的頻譜所謂頻譜是指組成周期信號(hào)的各次諧波的振幅按頻率的分布圖,這樣的頻譜圖以頻率f為橫坐標(biāo),相應(yīng)的各種諧波分量的振幅u為縱坐標(biāo),如圖2.4所示。圖2.4中諧波的最高頻率fh與最低頻率fl之差(fh-fl)叫做信號(hào)的頻帶寬度,簡(jiǎn)稱帶寬。

圖2.4信號(hào)的頻譜圖

上述周期矩形脈沖的傅立葉級(jí)數(shù)中只含直流和余弦項(xiàng),令ω=2π/T,我們有令,則上式可寫成

圖2.5周期性脈沖及其頻譜(a)周期性脈沖(b)周期性脈沖的頻譜

可以認(rèn)為信號(hào)的絕大部分能量集中在第一個(gè)零點(diǎn)的左側(cè),由于在第一個(gè)零點(diǎn)處x=π,因而有nτω/2=π,亦即nτ=T。若取n=1,則有τ=T。我們定義周期性矩形脈沖信號(hào)的帶寬為

圖2.6信道帶寬2.3數(shù)字信道的特性

數(shù)字信道是一種離散信道,它只能傳送取離散值的數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信道的通頻帶(即帶寬)決定了信道中能不失真地傳輸脈沖序列的最高速率。若碼元可取4個(gè)離散值,則一個(gè)碼元攜帶2bit信息。總之一個(gè)碼元攜帶的信息量n(比特)與碼元取的離散值個(gè)數(shù)N有如下關(guān)系:

1.波特率和信道容量早在1924年,貝爾實(shí)驗(yàn)室的研究員亨利·尼奎斯特(HarryNyquist)就推導(dǎo)出了有限帶寬無噪聲信道的極限波特率,稱為尼奎斯特定理。若信道帶寬為W,則尼奎斯特定理指出最大碼元速率為2.誤碼率上一小節(jié)說明了無噪聲信道的最大數(shù)據(jù)速率。實(shí)際信道會(huì)受到各種噪聲的干擾,因而遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到按尼奎斯特定理計(jì)算出的數(shù)據(jù)傳送速率。香農(nóng)(Shannon)的研究表明,有噪聲信道的極限數(shù)據(jù)速率可由下面的公式計(jì)算:

在有噪聲的信道中(實(shí)際中的信道都是有噪聲的),數(shù)據(jù)速率的增加意味著傳輸中出現(xiàn)差錯(cuò)的概率增加。我們用誤碼率來表示傳輸二進(jìn)制位時(shí)出現(xiàn)差錯(cuò)的概率。誤碼率可用下式表示Ne(出錯(cuò)的位數(shù))N(傳送的總位數(shù))3.信道延遲信號(hào)在信道中傳播,從源端到達(dá)宿端需要一定的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間與源端和宿端的距離有關(guān),也與具體信道中的信號(hào)傳播速度有關(guān)。我們以后考慮的信號(hào)主要是電信號(hào)(雖然在某些情況下可能會(huì)用到紅外或激光),這種信號(hào)一般以接近光速的速度(300m/μs)傳播,但隨傳輸介質(zhì)的不同而略有差別。例如在電纜中的傳播速度一般為光速的77%,即200m/μs左右。

2.4物理信道

1.雙絞線雙絞線由粗約1mm的互相絕緣的一對(duì)銅導(dǎo)線扭在一起組成,對(duì)稱均勻的絞扭可以減少線對(duì)之間的電磁干擾。這種雙絞線大量使用在傳統(tǒng)的電話系統(tǒng)中,適用于短距離傳輸,超過幾公里,就要加入中繼器。2.同軸電纜同軸電纜的芯線為銅質(zhì)導(dǎo)線,外包一層絕緣材料,再外面是由細(xì)銅絲組成的網(wǎng)狀導(dǎo)體,最外面加一層塑料保護(hù)膜。如圖2.7所示。芯線與網(wǎng)狀導(dǎo)體同軸,故名同軸電纜。同軸電纜的這種結(jié)構(gòu),使它具有高帶寬和極好的噪聲抑制特性。

圖2.7同軸電纜

寬帶系統(tǒng)與基帶系統(tǒng)的主要不同點(diǎn)是模擬信號(hào)經(jīng)過放大器后只能單向傳輸。為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)間的相互連通,有時(shí)要把整個(gè)400MHz的帶寬劃分兩個(gè)頻段,分別在兩個(gè)方向上傳送信號(hào),這叫分裂配置。有時(shí)干脆用兩根電纜,這叫雙纜配置。3.光纜光纜由能傳送光波的超細(xì)玻璃纖維制成,外包一層比玻璃折射率低的材料。進(jìn)入光纖的光波在兩種材料的介面上形成全反射,從而不斷地向前傳播,如圖2.8所示。光纖信道中的光源可以是發(fā)光二極管LED(LightEmittingDiode),或注入式激光二極管ILD(InjectionLaserDiode)。這兩種器件在有電流通過時(shí)都能發(fā)出光脈沖,光脈沖通過光導(dǎo)纖維傳播到達(dá)接收端。

如果我們采用不同的互連方式,把所有的通信結(jié)點(diǎn)通過光纜連接成一個(gè)環(huán),環(huán)上的信號(hào)雖然是單向傳播,但任一結(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息其他結(jié)點(diǎn)都能收到,從而也達(dá)到了互相通信的目的。見圖2.9。圖2.8光纖的傳輸原理

圖2.9光纖環(huán)網(wǎng)

傳播路徑,這樣的光纖叫多模光纖(圖2.10(a))。光波在光纖中以什么模式傳播,這與芯線和包層的相對(duì)折射率,芯線的直徑,以及工作波長λ有關(guān)。如果芯線的直徑小到光波波長大小,則光纖就成為波導(dǎo),光在其中無反射地沿直線傳播,這種光纖叫單模光纖(圖2.10(b))。單模光纖比多模光纖更難制造,因而價(jià)格更貴。圖2.10單模光纖與多模光纖

(a)多模光纖(b)單模光纖4.無線信道微波通信系統(tǒng)可分為地面微波系統(tǒng)和衛(wèi)星微波系統(tǒng),兩者的功能相似,但通信能力有很大差別。地面微波系統(tǒng)由視野范圍內(nèi)的兩個(gè)互相對(duì)準(zhǔn)方向的拋物面天線組成,長距離通信則需要多個(gè)中繼站組成微波中繼鏈路。通信衛(wèi)星可看作是懸在太空中的微波中繼站。衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)器把它的波束對(duì)準(zhǔn)地球上的一定區(qū)域,在此區(qū)域中的衛(wèi)星地面站之間就可互相通信。

微波通信的頻率段為吉兆段的低端,一般是1GHz～11GHz,因而它具有帶寬高,容量大的特點(diǎn)。由于使用了高頻率,因此可使用小型天線,便于安裝和移動(dòng)。在空間傳播的激光束可以調(diào)制成光脈沖以傳輸數(shù)據(jù)。和地面微波一樣,可以在視野范圍內(nèi)安裝兩個(gè)彼此相對(duì)的激光發(fā)射器和接收器進(jìn)行通信(見圖2.11)。由于激光的頻率比微波更高,因而可獲得更高的帶寬。圖2.11激光傳輸

無線電短波通信早已用在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中了,已經(jīng)建成的無線通信局域網(wǎng)使用了甚高頻VHF(30MHz～300MHz)和超高頻(300MHz～3000MHz)的電視廣播頻段,這個(gè)頻段的電磁波是以直線方式在視距范圍內(nèi)傳播的,所以用作局部地區(qū)的通信是很適宜的。

圖2.12紅外傳輸

2.5數(shù)據(jù)編碼

1.單極性碼在這種編碼方案中,只用正的(或負(fù)的)電壓表示數(shù)據(jù)。例如,在圖2.13中我們用+3V表示二進(jìn)制數(shù)字0,而用0V表示二進(jìn)制數(shù)字1,單極性碼用在電傳打字機(jī)(TTY)接口中以及PC機(jī)和TTY兼容的接口中,這種代碼需要單獨(dú)的時(shí)鐘信號(hào)配合定時(shí),否則當(dāng)傳送一長串0或1時(shí),發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的時(shí)鐘將無法定時(shí),單極性碼的抗噪聲特性也不好。2.極性碼在這種編碼方案中,分別用正和負(fù)電壓表示二進(jìn)制數(shù)0和1,例如在圖2.13中我們用+3V表示二進(jìn)制數(shù)字0,而用-3V表示二進(jìn)制數(shù)字1,這種代碼的電平差比單極碼大,因而抗干擾特性好,但仍然需要另外的時(shí)鐘信號(hào)。3.雙極性碼在雙極性編碼方案中,信號(hào)在三個(gè)電平(正,負(fù),零)之間變化,一種典型的雙極性碼是所謂信號(hào)交替反轉(zhuǎn)編碼AMI(AlternateMarkInversion)。在AMI信號(hào)中,數(shù)據(jù)流中遇到1時(shí)交替地使電平在正和負(fù)之間翻轉(zhuǎn),而遇到0時(shí)則保持零電平。雙極性是三進(jìn)制信號(hào)編碼方法,它與二進(jìn)制相比抗噪聲特性更好。4.歸零碼在歸零碼RZ(ReturntoZero)中,碼元中間的信號(hào)回歸到0電平,因此任意兩個(gè)碼元之間被0電平隔開。與以上僅在碼元之間有電平轉(zhuǎn)換的編碼方案相比,這種編碼方案有更好的噪聲抑制特性。因?yàn)樵肼晫?duì)電平的干擾比對(duì)電平轉(zhuǎn)換的干擾要強(qiáng),而這種編碼方案是以識(shí)別電平轉(zhuǎn)換邊來判別0和1信號(hào)的。圖2.13中表示出的是一種雙極性歸零碼。

圖2.13常用編碼方案5.不歸零碼圖2.13中所示的不歸零碼NRZ(Non-ReturntoZero)的規(guī)律是當(dāng)1出現(xiàn)時(shí)電平翻轉(zhuǎn),當(dāng)0出現(xiàn)時(shí)電平不翻轉(zhuǎn)。因而數(shù)1和0的區(qū)別不是高低電平,而是電平是否轉(zhuǎn)換。這種代碼也叫差分碼,用在終端到調(diào)制解調(diào)器(Modem)的接口中。6.雙相碼雙相碼要求每一位中都要有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換。因而這種碼的最大優(yōu)點(diǎn)是自定時(shí),同時(shí)雙相碼也有檢測(cè)錯(cuò)誤的功能,如果某一位中間缺少了電平翻轉(zhuǎn),則被認(rèn)為是違例代碼。7.曼徹斯特碼曼徹斯特(Manchester)碼是一種雙相碼。在圖2.13中我們用高電平到低電平的轉(zhuǎn)換邊表示0,而用低電平到高電平的轉(zhuǎn)換邊表示1。位中間的電平轉(zhuǎn)換邊既表示了數(shù)據(jù)代碼,也作為定時(shí)信號(hào)使用。曼徹斯特碼用在以太網(wǎng)中。8.差分曼徹斯特碼這種編碼也是一種雙相碼,和曼徹斯特編碼不同的是,這種編碼的碼元中間的電平轉(zhuǎn)換邊只作為定時(shí)信號(hào),而不表示數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的表示在于每一位開始處是否有電平轉(zhuǎn)換:有電平轉(zhuǎn)換表示0,無電平轉(zhuǎn)換表示1,差分曼徹斯特編碼用在令牌環(huán)網(wǎng)中。9.多電平碼這種編碼的碼元可取多個(gè)電平之一,每個(gè)碼元可代表幾個(gè)二進(jìn)制位。例如,令M=2n,設(shè)M=4,則n=2,若表示碼元的脈沖取4個(gè)電平之一,這樣一個(gè)碼元可表示兩個(gè)二進(jìn)制位。和雙相碼相反,多電平碼的數(shù)據(jù)速率大于波特率,因而可提高頻帶的利用率。但是這種代碼的抗噪聲特性不好,傳輸過程中信號(hào)容易畸變到無法區(qū)分。

2.6數(shù)字調(diào)制技術(shù)

1.幅度鍵控(ASK)

按照這種調(diào)制方式,載波的幅度受到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制而取不同的值。例如對(duì)應(yīng)二進(jìn)制0,載波振幅為0對(duì)應(yīng)二進(jìn)制1,載波振幅取1。調(diào)幅技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來簡(jiǎn)單,但抗干擾性能差。2.頻移鍵控(FSK)

即按照數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的值(0或1)調(diào)制載波的頻率。例如對(duì)應(yīng)二進(jìn)制0的載波頻率為f1,而對(duì)應(yīng)二進(jìn)制1的載波頻率為f2。這種調(diào)制技術(shù)抗干擾性能好,但占用帶寬較大。在有些低速的調(diào)制解調(diào)器中,用這種調(diào)制技術(shù)把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)變成模擬音頻信號(hào)傳送。圖2.14三種模擬調(diào)制方式

表2-14相調(diào)制方案

以上調(diào)制技術(shù)可以組合起來得到性能更好、更復(fù)雜的調(diào)制信號(hào)。例如ASK和PSK可結(jié)合起來,形成幅度相位復(fù)合調(diào)制,每一個(gè)碼元表示4位二進(jìn)制數(shù),如表2―2所示。表2―2幅度相位復(fù)合調(diào)制

2.7脈沖編碼調(diào)制

模擬數(shù)據(jù)通過數(shù)字信道傳輸有效率高、失真小的優(yōu)點(diǎn),而且可以開發(fā)新的通信業(yè)務(wù),例如,數(shù)字電話系統(tǒng)可提供語音信箱的功能。把模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào),要使用一種叫編碼解碼器(Codec)的設(shè)備。這種設(shè)備的作用和調(diào)制解調(diào)器的作用相反:調(diào)制解調(diào)器的作用是把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)變成模擬信號(hào),經(jīng)傳輸?shù)竭_(dá)接收端再解調(diào)還原為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

常用的數(shù)字化技術(shù)就是所謂的脈沖編碼調(diào)制技術(shù)PCM(PulseCodeModulation),簡(jiǎn)稱脈碼調(diào)制。PCM的原理如下:(1)取樣。每隔一定時(shí)間間隔,取模擬信號(hào)的當(dāng)前值作為樣本。該樣本代表了模擬信號(hào)在某一時(shí)刻的瞬時(shí)值。尼奎斯特(Nyquist)取樣定理告訴我們:如果取樣速率大于模擬信號(hào)最高頻率的二倍,則可以用得到的樣本空間恢復(fù)原來的模擬信號(hào)。即(2)量化。取樣后得到的樣本是連續(xù)值,這些樣本必須量化為離散值,離散值的個(gè)數(shù)決定了量化的精度。圖2.15中我們把量化的等級(jí)分為16級(jí)。每個(gè)樣本都量化為它附近的等級(jí)值(圖2.15(a))。

(3)編碼。把量化后的樣本值變成相應(yīng)的二進(jìn)制代碼。按照?qǐng)D2.15(b)的編碼方案,我們得到相應(yīng)的二進(jìn)制代碼序列,其中每個(gè)二進(jìn)制代碼都可用一個(gè)脈沖串(4位)來表示。這4位一組的脈沖序列就代表了經(jīng)PCM編碼的原模擬信號(hào)。圖2.15脈沖編碼調(diào)制

(a)量比(b)編碼

2.8通信方式和交換方式

2.8.1數(shù)據(jù)通信方式

(1)單工。在單工信道上信息只能在一個(gè)方向傳送。

(2)半雙工。在半雙工信道上,通信的雙方可交替發(fā)送和接收信息,但不能同時(shí)發(fā)送和接收。

(3)全雙工。這是一種可同時(shí)進(jìn)行雙向信息傳送的通信方式。圖2.16異步傳輸2.8.2交換方式一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)由許多交換結(jié)點(diǎn)互連而成。信息在這樣的網(wǎng)絡(luò)中傳輸就像火車在鐵路網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行一樣,經(jīng)過一系列交換結(jié)點(diǎn)(車站),從一條線路換到另一條線路,最后才能到達(dá)目的地。交換結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信息的方式就是所謂交換方式。線路交換,報(bào)文交換和分組交換是三種最基本的交換方式(見圖2.17)。

圖2.17交換方式(a)線路交換(b)報(bào)文交換(c)分組交換1.線路交換線路交換方式把發(fā)送方和接收方用一系列鏈路直接連通(圖2.18)。電話交換系統(tǒng)就是采用這種交換方式。電路交換的特點(diǎn)是建立連接需要等待較長的時(shí)間。由于連接建立后通路是專用的,因而不會(huì)有別的用戶的干擾,不再有傳輸延遲(圖2.17(a))。這種交換方式適合于傳輸大量的數(shù)據(jù)。在傳輸少量信息時(shí)效率不高。

2.報(bào)文交換這種方式不要求在兩個(gè)通信結(jié)點(diǎn)之間建立專用通路。當(dāng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)送信息時(shí),它把要發(fā)送的信息組織成一個(gè)數(shù)據(jù)包——報(bào)文,該數(shù)據(jù)包中某個(gè)約定的位置含有目標(biāo)結(jié)點(diǎn)的地址。完整的報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)中一站一站地傳送。經(jīng)過多次的存儲(chǔ)—轉(zhuǎn)發(fā),最后到達(dá)目標(biāo)結(jié)點(diǎn)(圖2.19),因而這樣的網(wǎng)絡(luò)叫存儲(chǔ)—轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)。

圖2.18線路交換

圖2.19報(bào)文交換3.分組交換按照這種交換方式,數(shù)據(jù)包有固定的長度。因而交換結(jié)點(diǎn)只要在內(nèi)存中開辟一個(gè)小的緩沖區(qū)就可以了。進(jìn)行分組交換時(shí),發(fā)送結(jié)點(diǎn)先要對(duì)傳送的信息分組,對(duì)各個(gè)分組編號(hào),加上源和宿地址以及約定的頭和尾信息。這個(gè)過程也叫信息的打包。一次通信中的所有分組在網(wǎng)絡(luò)中傳播又有兩種方式。一種叫數(shù)據(jù)報(bào)(Datagram),另一種叫虛電路(VirtualCircuit)。下面分別敘述。(1)數(shù)據(jù)報(bào)。類似于報(bào)文交換,每個(gè)分組在網(wǎng)絡(luò)中的傳播路徑完全是由網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時(shí)的狀況隨機(jī)決定的,因?yàn)槊總€(gè)分組都有完整的地址信息,所以都可以到達(dá)目的地(如果不出意外的話)。但是到達(dá)目的地的順序可能和發(fā)送的順序不一致。

(2)虛電路。類似于電路交換,這種方式要求在發(fā)送端和接收端之間建立一條所謂的邏輯連接。

圖2.20分組交換2.9多路復(fù)用技術(shù)

多路復(fù)用技術(shù)是把多個(gè)低速信道組合成一個(gè)高速信道的技術(shù)。這種技術(shù)要用到兩個(gè)設(shè)備:多路復(fù)合器(Multiplexer)在發(fā)送端根據(jù)某種約定的規(guī)則把多個(gè)低帶寬的信號(hào)復(fù)合成一個(gè)高帶寬的信號(hào)多路分配器(Demultiplexer)在接收端根據(jù)同一規(guī)則把高帶寬信號(hào)分解成多個(gè)低帶寬信號(hào)。多路復(fù)合器和多路分配器統(tǒng)稱多路器,簡(jiǎn)寫為MUX,參見圖2.21。

圖2.21多路復(fù)用1.頻分多路復(fù)用(FDM)FDM(FrequencyDivisionMultiplexing)是在一條傳輸介質(zhì)上使用多個(gè)頻率不同的模擬載波信號(hào)進(jìn)行多路傳輸,這些載波可以進(jìn)行任何方式的調(diào)制:ASK,FSK,PSK以及它們的組合。每一個(gè)載波信號(hào)形成了一個(gè)子信道,各條子信道的中心頻率不相重合,子信道之間留有一定寬度的隔離頻帶(見圖2.22)。

圖2.22頻分多路2.時(shí)分多路復(fù)用(TDM)TDM(TimeDivisionMultiplexing)要求各個(gè)子通道按時(shí)間片輪流地占用整個(gè)帶寬(圖2.23)。時(shí)間片的大小可以按一次傳送一位,一個(gè)字節(jié)或一個(gè)固定大小的數(shù)據(jù)塊所需的時(shí)間來確定。圖2.23時(shí)分多路復(fù)用3.數(shù)字傳輸系統(tǒng)在介紹脈碼調(diào)制時(shí)(第2.7節(jié))曾提到,對(duì)4kHz的話音信道按8kHz的速率采樣,128級(jí)量化,則每個(gè)話音信道的比特率是56kb/s。為每一個(gè)這樣的低速信道敷設(shè)一條通信線路是太不劃算了,所以在實(shí)用中要利用多路復(fù)用技術(shù)建立更高效的通信線路。在北美和日本使用很廣的一種通信標(biāo)準(zhǔn)是貝爾系統(tǒng)的T1載波(見圖2.25)。圖2.24同步TDM和統(tǒng)計(jì)TDM的比較圖2.25貝爾系統(tǒng)的T1載波T1載波也叫一次群,它把24路話音信道按時(shí)分多路的原理復(fù)合在一條1.544Mb/s的高速信道上。

CCITT有一個(gè)類似1.544Mb/s的標(biāo)準(zhǔn)。

CCITT還有一個(gè)2.048Mb/s脈沖編碼調(diào)制載波標(biāo)準(zhǔn)。

CCITTT1載波還可以多路復(fù)用到更高級(jí)的載波上，如圖2.26所示。

圖2.26多路復(fù)用

2.10差錯(cuò)控制

1.差錯(cuò)的起因和特點(diǎn)通信過程中出現(xiàn)的差錯(cuò)可大致分為兩類:一類是由熱噪聲引起的隨機(jī)錯(cuò)誤另一類是由沖擊噪聲引起的突發(fā)錯(cuò)誤。通信線路中的熱噪聲是由電子的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的,香農(nóng)關(guān)于有噪聲信道傳輸速率的結(jié)論就是針對(duì)這種噪聲。熱噪聲時(shí)刻存在,具有很寬的頻譜,且幅度較小(圖2.27)。

圖2.27熱噪聲引起信號(hào)出錯(cuò)2.檢錯(cuò)碼奇偶校驗(yàn)是最常用的檢錯(cuò)方法。其原理是在7單位的ASCII代碼后增加一位,使碼字中1的個(gè)數(shù)成奇數(shù)(奇校驗(yàn))或偶數(shù)(偶校驗(yàn))。經(jīng)過傳輸后,如果其中一位(甚至奇數(shù)個(gè)多位)出錯(cuò),則接收端按同樣的規(guī)則(奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn))就能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。顯然這種方法簡(jiǎn)單實(shí)用,但只能對(duì)付少量的隨機(jī)性錯(cuò)誤。3.海明碼

1950年海明(Hamming)研究了用冗余數(shù)據(jù)位來檢測(cè)和糾正代碼差錯(cuò)的理論和方法。按照海明的理論,在數(shù)據(jù)代碼上添加若干冗余位組成碼字。碼字之間的海明距離是一個(gè)碼字要變成另一個(gè)碼字時(shí)必須改變(1變0,或者0變1)的最小位數(shù)。顯然這個(gè)數(shù)應(yīng)小于等于碼字的所有可能的個(gè)數(shù),即2n。于是,我們有因?yàn)閚=m+k,我們得出

例對(duì)ASCII碼“K”1001011使用偶數(shù)校驗(yàn),可把它的各個(gè)數(shù)據(jù)位放在3,5,6,7,9,10,11等位置上。10010111234567891011

空出的位置放奇偶校驗(yàn)值。對(duì)3,5,7,9,11號(hào)位計(jì)算奇偶校驗(yàn)值,得1,并將其置于1號(hào)位。110010111234567891011

類似地,在2號(hào)位放置關(guān)于第3,6,7,10,11號(hào)位的奇偶校驗(yàn)值,在4號(hào)位放置關(guān)于第5,6,7號(hào)位的奇偶校驗(yàn)值,在8號(hào)位放置關(guān)于9,10和11的奇偶校驗(yàn)校驗(yàn)值,最終得到101000100111234567891011如果這個(gè)碼字傳輸中出錯(cuò),比如說6號(hào)位出錯(cuò)。即變成1010001001112345678910114.循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)

所謂循環(huán)碼是這樣一組代碼,其中任一有效碼字經(jīng)過循環(huán)移位后得到的碼字仍然是有效碼字,不論是右移或左移,也不論移多少位。例如,若(an-1an-2…a1a0)是有效碼字,則(an-2an-3

…a0an-1),(an-3an-4

…an-1an-2),…,等都是有效碼字。循環(huán)冗余校驗(yàn)碼CRC(CyclicRe