数据通信的基本知识.ppt

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1、计算机网络与通信计算机网络与通信北京联合大学自动化学院北京联合大学自动化学院 陈旭升陈旭升课程内容：课程内容： 通过本课程的学习和上机实验，使学生掌握计算机网络技术通过本课程的学习和上机实验，使学生掌握计算机网络技术与通信技术的基本理论和基本原理，了解现代通信新技术的应与通信技术的基本理论和基本原理，了解现代通信新技术的应用，熟悉各种常用的网络与通信协议，重点是用，熟悉各种常用的网络与通信协议，重点是TCP/IPTCP/IP协议协议。 掌握使用掌握使用Windows 2000Windows 2000网络操作系统组网的技能，并具备局网络操作系统组网的技能，并具备局域网基本的设计、组建与管理的能力

2、。域网基本的设计、组建与管理的能力。1. 谢希仁谢希仁. . 计算机网络教程计算机网络教程. . 北京：人民邮电出版社，北京：人民邮电出版社，200220022.2. 石硕编著石硕编著. .计算机网络实验技术计算机网络实验技术. .北京：电子工业出版社，北京：电子工业出版社， 20022002 3.3. 朱艳琴，钱龙华等朱艳琴，钱龙华等. .计算机网络计算机网络. .北京：北京希望电子出版社，北京：北京希望电子出版社，20022002参考资料：参考资料：考核方式：考核方式： 1. 60学时学时 / 4学分。学分。 2. 考试课。考试课。 3. 平时成绩占平时成绩占30%，期末考试成绩（闭卷）占

3、，期末考试成绩（闭卷）占 70%。 4. 平时成绩包括作业、提问、测验、出勤情况。平时成绩包括作业、提问、测验、出勤情况。 5. 平时成绩加分因素。平时成绩加分因素。实验安排：实验安排： 1. 地点：实验楼地点：实验楼0519 2. 课上通知。课上通知。第第1章章 数据通信的基本知识数据通信的基本知识 主要内容：主要内容：1.1 1.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 1.2 1.2 数据传输与编码数据传输与编码 1.3 1.3 数据通信方式数据通信方式 1.4 1.4 差错控制技术差错控制技术1.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 1.1.1 通信系统的构成通信系统的构成 图图1

4、-1 远程计算机之间通信远程计算机之间通信例：例： 将将上上面面的的计计算算机机间间传传输输文文件件的的系系统统抽抽象象化化，就就是是数数据据通通信信系系统的一般结构模型，如图统的一般结构模型，如图1-2所示。所示。1.1.1 通信系统的构成通信系统的构成信息信息数据数据信号信号图图1-2 通信系统的结构模型通信系统的结构模型1.1.1 通信系统的构成通信系统的构成源系统一般包括以下两部分：源系统一般包括以下两部分：1.源站：输入设备源站：输入设备2.发送器：发送器：目的系统一般包括以下两个部分：目的系统一般包括以下两个部分：1.接收器：接收器：2.目目的的站站：输输出出设设备备，目目的的站站

5、设设备备从从接接收收器器获获取取传传送送来来的信息的信息。1.1.2 信息、数据和信号信息、数据和信号 1. 信息信息 不同领域对信息有各种不同的定义，一般认为信息是人对现不同领域对信息有各种不同的定义，一般认为信息是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。2. 数据和信号数据和信号 数据数据(data)是运送信息的实体，而信号是运送信息的实体，而信号(signal)则是数据的则是数据的电电气的或电磁的表现。气的或电磁的表现。1.1.2 信息、数据和信号信息、数据和信号图1-3信息、数据和信号1.1.2 信息、数据和信号信息、数据和信号图1-4模拟

6、信号和数字信号 信道信道(channel)是数据信号传输的必经之路，由相应的传输是数据信号传输的必经之路，由相应的传输线路和传输设备组成。信道的分类方法有很多线路和传输设备组成。信道的分类方法有很多:1. 物理信道和逻辑信道物理信道和逻辑信道2. 有线信道和无线信道有线信道和无线信道3. 模拟信道和数字信道模拟信道和数字信道4. 专用信道和公共交换信道专用信道和公共交换信道 1.1.3 信道及信道的分类信道及信道的分类 1.1.4 码元和码字及数据单元码元和码字及数据单元 1. 码元和码字码元和码字 在计算机网络中传送的每一位二进制数字被称为在计算机网络中传送的每一位二进制数字被称为“码元码元

7、”。由由7个码元组成的二进制序列被称为个码元组成的二进制序列被称为“码字码字”。2. 数据包数据包 大多数计算机网络都不能连续传输任意数量的数据，网络大多数计算机网络都不能连续传输任意数量的数据，网络系统把数据分成小块单独发送，这种小块称作包系统把数据分成小块单独发送，这种小块称作包(packet)。 1.1.4 码元和码字及数据单元码元和码字及数据单元3. 数据帧数据帧(frame) 尽管术语包指的是小数据块的一般概念，但在确切的包格式尽管术语包指的是小数据块的一般概念，但在确切的包格式方面没有达成完全一致。方面没有达成完全一致。 相反，每种硬件技术都定义了能在该硬件上传输的包的细节，相反，

8、每种硬件技术都定义了能在该硬件上传输的包的细节，并指明了包的位串是如何传输的。并指明了包的位串是如何传输的。 为了帮助区分包传输的一般概念与特定硬件技术所使用的包，为了帮助区分包传输的一般概念与特定硬件技术所使用的包，我们用术语帧我们用术语帧(frame)来定义在特定网络类型中的包。来定义在特定网络类型中的包。1.1.5 通信系统的主要技术指标通信系统的主要技术指标 1. 数据传输速率数据传输速率S(比特率比特率)和波形调制速率和波形调制速率B(波特率波特率) (1) 比特率比特率S 比比特特率率是是一一种种数数字字信信号号的的传传输输速速率率，它它是是指指在在有有效效带带宽宽上，单位时间内所

9、传送的二进制代码的有效位上，单位时间内所传送的二进制代码的有效位(bit)数。数。(2) 波特率波特率B 波波特特率率是是一一种种调调制制速速率率，也也称称波波形形速速率率。它它是是指指数数字字信信号号经经过过调调制制后后的的速速率率，即即经经过过调调制制后后的的模模拟拟信信号号每每秒秒钟钟变变化的次数。化的次数。 B=1/T(baud) 1.1.5 通信系统的主要技术指标通信系统的主要技术指标 比特率与波特率之间有下列关系：比特率与波特率之间有下列关系： S=BlogN (b/s) 注意：常在数字数据变化成模拟信号传输时用到波特率的概念，也称为注意：常在数字数据变化成模拟信号传输时用到波特率

10、的概念，也称为 调制速率。调制速率。1.1.5 通信系统的主要技术指标通信系统的主要技术指标2. 带宽及与数据传输速率的关系带宽及与数据传输速率的关系 带宽是指物理信道的频带宽度，即信道允许传送信号的最高带宽是指物理信道的频带宽度，即信道允许传送信号的最高频率和最低频率之差，单位为赫兹频率和最低频率之差，单位为赫兹(Hz)。 在许多资料上也借用带宽这个词来描述数字信道的容量，比在许多资料上也借用带宽这个词来描述数字信道的容量，比如说某信道的带宽为如说某信道的带宽为56KHz，此时和说该信道的数据为此时和说该信道的数据为56Kbit/s含义是相同的。含义是相同的。 注意：注意：n 任何信号都可以

11、分解成多种不同频率信号的和。任何信号都可以分解成多种不同频率信号的和。n 信号的带宽是指最高频率与最低频率的差，即频率范围。信号的带宽是指最高频率与最低频率的差，即频率范围。n 信号的带宽应取其主要频率范围。信号的带宽应取其主要频率范围。n 传输系统的带宽要远远高于信号的带宽。传输系统的带宽要远远高于信号的带宽。n 带宽的单位为带宽的单位为hz。n 数字传输系统中，带宽用数据传输率表示。数字传输系统中，带宽用数据传输率表示。 那系统带宽与数据传输率又如何的关系呢？那系统带宽与数据传输率又如何的关系呢？ 3. 信道容量和信道容量和Shannon定理定理 信道容量是一个极限参数，它一般是指在传输系

12、统的给定信道容量是一个极限参数，它一般是指在传输系统的给定带宽上能够传输的最大数据传输速率，信道容量带宽上能够传输的最大数据传输速率，信道容量C的单位是的单位是bit/s，它依赖于所传送信号的能量和信道噪声特性。它依赖于所传送信号的能量和信道噪声特性。 Shannon把把信信道道容容量量和和带带宽宽联联系系起起来来定定义义了了著著名名通通信信定定理理香农定理：香农定理： （ （） 式中式中S是信道中传送的信号功率，是信道中传送的信号功率，N是信道带宽内总的噪声功率，而是信道带宽内总的噪声功率，而S/N时信号和噪声能量毕，即信噪比。时信号和噪声能量毕，即信噪比。W为带宽。为带宽。 香农定理指出：

13、香农定理指出：(1) 提高信噪比提高信噪比S/N能够增加信道容量能够增加信道容量C。(2) 当噪声功率当噪声功率N0时，信道容量时，信道容量C，既无干扰信道的既无干扰信道的 容量为容量为。(3) 信道容量一定时，带宽信道容量一定时，带宽W与信噪比与信噪比S/N之间可以互换，之间可以互换， 既提高信噪比与提高带宽具有等价意义。既提高信噪比与提高带宽具有等价意义。 3. 信道容量和信道容量和Shannon定理定理4. 误码率误码率P(error rate) (1) 误码率误码率P定义定义 误码率是衡量数据通信系统在正常工作情况下传输误码率是衡量数据通信系统在正常工作情况下传输 可靠性的指标，其定义

14、是：二进制码元在传输系统中可靠性的指标，其定义是：二进制码元在传输系统中 被传错的概率。被传错的概率。 Pe=Ne/N Ne其中出错的位数；其中出错的位数；N传输的数据总数传输的数据总数。 (2) 误码率的性质、获取与实用意义误码率的性质、获取与实用意义 性质：误码率是衡量数据通信系统在正常工作情况下传性质：误码率是衡量数据通信系统在正常工作情况下传 输可靠性的指标。输可靠性的指标。 获取：在实际数据传输系统中，人们通过对某种通信信获取：在实际数据传输系统中，人们通过对某种通信信 道进行大量重复测试，才能求出该信道的平均误道进行大量重复测试，才能求出该信道的平均误 码率。码率。 4. 误码率误

15、码率P(error rate)1.2.1 数据传输数据传输1.2 数据传输与编码数据传输与编码 数字数据数字数据 数字信号数字信号模拟数据模拟数据 模拟信号模拟信号1.2.2 基带传输与信号编码基带传输与信号编码 使用数字信号传输数据时，数字信号几乎要占有整个频带，使用数字信号传输数据时，数字信号几乎要占有整个频带，也就是终端设备把数字信号转换成脉冲电信号时，这个原始的也就是终端设备把数字信号转换成脉冲电信号时，这个原始的电信号所固有的频带，称为基本频带，简称基带。电信号所固有的频带，称为基本频带，简称基带。 在信道中直接传送基带信号在信道中直接传送基带信号(未作处理的原始信号未作处理的原始信

16、号)时，称为时，称为基带传输。基带传输。 基带传输也就是把数字数据变成数字信号传输。基带传输也就是把数字数据变成数字信号传输。1.2.2 基带传输与信号编码基带传输与信号编码 在基带传输中，常采用以下在基带传输中，常采用以下3种编码方法。如下图所示。种编码方法。如下图所示。1.2.2 基带传输与信号编码基带传输与信号编码1. 不归零不归零NRZ编码编码(Non-Return to Zero)编码规则：使用负电压表示编码规则：使用负电压表示0，正电压表示，正电压表示1。优优 点：点： 简单、容易实现。简单、容易实现。缺缺 点：点： 难以确定一位的结束和另一位的开始，并且当出现难以确定一位的结束和

17、另一位的开始，并且当出现 一长串连续的一长串连续的1或连续的或连续的0时，在接收端无法从收到时，在接收端无法从收到 的比特流中提取同步信号。所以为保证收发双方同的比特流中提取同步信号。所以为保证收发双方同 步，必须在发送步，必须在发送NRZ码的同时，用另一个信道同时码的同时，用另一个信道同时 发送同步时钟信号。发送同步时钟信号。应应 用：用： 计算机串口与调制解调器之间使用的就是基带传输中计算机串口与调制解调器之间使用的就是基带传输中 的不归零编码技术。的不归零编码技术。 1.2.2 基带传输与信号编码基带传输与信号编码2. 曼彻斯特编码曼彻斯特编码(Manchester)编码规则：将每个码元

18、再分成两个相等的间隔，在固定的每位编码规则：将每个码元再分成两个相等的间隔，在固定的每位 中间变换电位。即中间变换电位。即1是由低至高电平转换，其前半个是由低至高电平转换，其前半个 码元的电平为低电平，后半个码元的电平为高电码元的电平为低电平，后半个码元的电平为高电 平。平。0正好相反，从高电平到低电平转换，即其前半正好相反，从高电平到低电平转换，即其前半 个码元为高电平，后半个码元为低电平。个码元为高电平，后半个码元为低电平。优点：可以保证在每一个码元的正中间出现一次电平的转换，优点：可以保证在每一个码元的正中间出现一次电平的转换， 同时由每位中间调变提供了同步时钟定时，这对接收端同时由每位

19、中间调变提供了同步时钟定时，这对接收端 提取同步信号非常有利，是一种提取同步信号非常有利，是一种“自含时钟自含时钟”的编码方式。的编码方式。缺点：效率较低。缺点：效率较低。 3. 差差分曼彻斯特编码分曼彻斯特编码(Differential Manchester)编码规则：它与曼彻斯特编码有个共同点，即在每一个码元的编码规则：它与曼彻斯特编码有个共同点，即在每一个码元的 位中间有一次电平的变换，位中间有一次电平的变换，1表示前半个码元的电平表示前半个码元的电平 与上一个码元的后半个码元的电平一致；与上一个码元的后半个码元的电平一致；0则为其前则为其前 半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平

20、半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平 相反，即用每位开始时有无电平的跳变来表示相反，即用每位开始时有无电平的跳变来表示0或或1 的编码。的编码。优点：是优点：是“自含时钟自含时钟”的编码方式，可获得较好的抗干扰性能。的编码方式，可获得较好的抗干扰性能。缺点：实现技术复杂。缺点：实现技术复杂。1.2.2 基带传输与信号编码基带传输与信号编码1. 利用模拟信道实现数字信号传输的方法称为频带传输。利用模拟信道实现数字信号传输的方法称为频带传输。2. 在在发发送送端端将将数数字字信信号号转转换换成成模模拟拟信信号号的的过过程程称称为为“调调制制”， 相应的设备称为相应的设备称为“调制器调制器”

21、。 在在接接收收端端将将模模拟拟信信号号还还原原成成数数字字信信号号的的过过程程称称为为“解解调调”， 相应的设备称为相应的设备称为“解调器解调器”。 同时具备调制和解调功能的设备称为同时具备调制和解调功能的设备称为“调制解调器调制解调器”。也就是把数字数据变成模拟信号传输。也就是把数字数据变成模拟信号传输。1.2.3 频带传输与调制频带传输与调制 1. 振幅调制振幅调制(amplitude modulation)振幅调制又叫振幅键控振幅调制又叫振幅键控(Amplitude Shift Keying-ASK)它的调制方法是保持角频率它的调制方法是保持角频率和相位和相位不变，而只改变振不变，而只

22、改变振幅幅A。当传输的基带信号为当传输的基带信号为1时，振幅调制信号对应于某个时，振幅调制信号对应于某个振幅值振幅值A；当传输的基带信号为当传输的基带信号为0时，振幅调制信号的振幅时，振幅调制信号的振幅为为0。对应于基带信号。对应于基带信号0和和1，在振幅调制中，相应的载波，在振幅调制中，相应的载波信号可以表示为：信号可以表示为： U(t)=Asin(t+) 数字数字“1” U(t)=0sin(t+)=0 数字数字“0” 波形图如下图所示。波形图如下图所示。 1.2.3 频带传输与调制频带传输与调制2. 频率调制频率调制(Frequency Shift Keying-FSK)频率调制也叫频率键

23、控，它使用数字基带信号控制载波信号的频率调制也叫频率键控，它使用数字基带信号控制载波信号的频率。在频率调制中，振幅和相位保持不变，角频率随基带信频率。在频率调制中，振幅和相位保持不变，角频率随基带信号而改变，对应于数字号而改变，对应于数字1，角频率为，角频率为1 ，对应于数字对应于数字0，角频率，角频率为为2。相应的频率调制信号可以表示为：相应的频率调制信号可以表示为： U(t)=Asin(1t+) 数字数字“1” U(t)=Asin(2t+) 数字数字“0”波形图如下图所示。波形图如下图所示。 1.2.3 频带传输与调制频带传输与调制1.2.3 频带传输与调制频带传输与调制3. 相位调制相位

24、调制(Phase Shift Keying-PSK) 相相位位调调制制也也叫叫相相位位键键控控，在在相相位位调调制制中中，振振幅幅A和和频频率率保保持持不不变变，初初始始相相位位为为变变量量。相相位位调调制制又又可可分分为为绝绝对对相相位位调调制制和和相相对对相位调制。相位调制。(1) 绝对相位调制绝对相位调制 在在绝绝对对相相位位调调制制中中，用用相相位位的的绝绝对对值值表表示示数数字字信信号号“0”、“1”。例例如如用用初初始始相相位位为为0表表示示数数字字“1”，初初始始相相位位为为表表示示数数字字“0”，相应的调制信号可以表达为：，相应的调制信号可以表达为： U(t)=Asin(t+0

25、) 数字数字“1” U(t)=Asin(t+) 数字数字“0” 波形图如下图所示。波形图如下图所示。(2) 相对相位调制相对相位调制 在在相相对对相相位位调调制制中中，用用当当前前波波形形的的初初始始相相位位相相对对于于前前一一个个波波形形的的初初始始相相位位的的偏偏移移值值来来表表示示数数字字信信号号“0”、“1”。例例如如，用用当当前前波波形形的的初初始始相相位位相相对对于于前前一一个个波波形形的的初初始始相相位位的的偏偏移移值值为为0表表示示数数字字信信号号“0”；偏偏移移值值为为表表示示数数字字信信号号“1”。其其对对应应的的相相对相位调制波形图如下图所示。对相位调制波形图如下图所示。

26、 1.2.3 频带传输与调制频带传输与调制 模拟信号编码方法模拟信号编码方法 补充补充1.模拟数据变成数字信号传输模拟数据变成数字信号传输: : 常用方法如常用方法如PCM技术（脉冲编码调制）技术（脉冲编码调制）（1）PCM技术分为三过程：技术分为三过程： 采样：每隔一段时间对信号进行取样采样：每隔一段时间对信号进行取样 量化：对信号取整并分级量化：对信号取整并分级 编码：用若干位二进制数表示量化级别编码：用若干位二进制数表示量化级别待传序列：待传序列：001001010010010011101补充补充注意：采样定理。注意：采样定理。 f采采2*信号的最高次频率信号的最高次频率 或或 f采采2

27、*信道带宽信道带宽例题：某信道带宽为例题：某信道带宽为4kHZ，传输模拟信号。采用，传输模拟信号。采用128级量化，级量化， 问编码后的数据传输率为多少？问编码后的数据传输率为多少？ 解：每采样一次得到解：每采样一次得到7bit 8k*7bit=56kbps2.模拟数据变成模拟信号传输模拟数据变成模拟信号传输: : 使传输更有效：使传输更有效：AM、FM 例如：把慢速的模拟信号叠加在快速的载波（正弦波）上。例如：把慢速的模拟信号叠加在快速的载波（正弦波）上。 1.3 数据通信方式数据通信方式 1.3.1 1.3.1 串行与并行通信串行与并行通信 1. 1. 并行通信并行通信 并行通信中，一般有

28、并行通信中，一般有8 8个数据位同时在两台设备之间传输，个数据位同时在两台设备之间传输，如下图所示。图中，发送端和接收端有如下图所示。图中，发送端和接收端有8 8条数据线相连，发送条数据线相连，发送端同时发送端同时发送8 8个数据位，接收端同时接收个数据位，接收端同时接收8 8个数据位，其中个数据位，其中1 1位位可以作为校验位。典型的并行通信的例子是计算机和并行打印可以作为校验位。典型的并行通信的例子是计算机和并行打印机之间的通信。机之间的通信。 组成数据的各位被同时发送。组成数据的各位被同时发送。图图 并行数据传输并行数据传输 1.3 数据通信方式数据通信方式 1.3.1 串行与并行通信串

29、行与并行通信 2. 串行通信串行通信 在串行通信中，收发端一次只能发送或接收在串行通信中，收发端一次只能发送或接收1个数据位，个数据位，数据位依次串行的通过通信线路。数据位依次串行的通过通信线路。发送器接收器并串转换串并转换87654321图图 串行数据传输串行数据传输 1.3.2 同步与异步通信同步与异步通信 1. 同步通信同步通信(1) 什么是同步通信？什么是同步通信？ 在通信中，接收端要按发送端所发送的每个码元或数在通信中，接收端要按发送端所发送的每个码元或数据块的时钟频率以及起止时间来接收数据，这样才能保据块的时钟频率以及起止时间来接收数据，这样才能保证接收的数据与发送的数据一致，这就

30、是所谓的证接收的数据与发送的数据一致，这就是所谓的“同同步步”。 在通信时，接收端要校准自己的时间基准和时钟频率，在通信时，接收端要校准自己的时间基准和时钟频率，以便和发送端保持一致，这一过程称为以便和发送端保持一致，这一过程称为“同步过程同步过程”。 首先是位同步，然后是字符同步，进而是首先是位同步，然后是字符同步，进而是帧（多个字符帧（多个字符组成）同步。组成）同步。1.位同步位同步 ： 1.3.2 同步与异步通信同步与异步通信 首先是位同步，然后是字符同步，进而是首先是位同步，然后是字符同步，进而是帧（多个字符组帧（多个字符组成）同步。成）同步。1.位同步位同步 ：(1) 自同步法和外同

31、步法自同步法和外同步法 接收方收到数据后必须首先识别同步时钟，在近距离传输接收方收到数据后必须首先识别同步时钟，在近距离传输中可另加一条数据线来实现同步，即除数据传输线外，还需中可另加一条数据线来实现同步，即除数据传输线外，还需要专门的时钟传输线，这种方法被称为要专门的时钟传输线，这种方法被称为“外同步外同步”。 在远距离传输过程中必须加入时钟同步信号来解决同步问在远距离传输过程中必须加入时钟同步信号来解决同步问题，即从数据信息波形本身提取同步信号，也称之为题，即从数据信息波形本身提取同步信号，也称之为“自同步自同步法法”。 (2) 自自同步传输的特点同步传输的特点 同步传输有较高的传输效率，

32、但实现起来较复杂，常用于高速同步传输有较高的传输效率，但实现起来较复杂，常用于高速传输中。传输中。 1.3.2 同步与异步通信同步与异步通信 1.3.2 同步与异步通信同步与异步通信 2.字符同步：异步通信与同步通信字符同步：异步通信与同步通信(1)什么是异步通信？什么是异步通信？ 所谓的异步同信指的是这样的一种传输方式：每个字符都所谓的异步同信指的是这样的一种传输方式：每个字符都独立传输独立传输(字符字符/次次)，在每个字符前加上起始位，在它的后，在每个字符前加上起始位，在它的后面加上结束位，以这种方式来确定一个字节的开始和结束，面加上结束位，以这种方式来确定一个字节的开始和结束，如下图所示

33、。如下图所示。 图图 异步传输方式异步传输方式 (2) 异步传输的特点异步传输的特点 字符与字符之间出现的时间间隔是任意的。一是每一个字符与字符之间出现的时间间隔是任意的。一是每一个字符都要加上辅助位造成传输效率降低；二是由于收发字符都要加上辅助位造成传输效率降低；二是由于收发双方的时钟差异决定了这种方式传输速率不能太高，常双方的时钟差异决定了这种方式传输速率不能太高，常用在低速传输中。用在低速传输中。例如：传送例如：传送8位数据位，位数据位，1位起始位，位起始位，1位停止位。传输效位停止位。传输效 率为率为8/10=80%。 1.3.2 同步与异步通信同步与异步通信 (3) 同步通信的特点同

34、步通信的特点 先发先发1-2个同步字符，使发送、接收双方保持时钟同个同步字符，使发送、接收双方保持时钟同步后，然后再发送数据位，而且只发送数据位。步后，然后再发送数据位，而且只发送数据位。 适合大量数据传输。适合大量数据传输。例如：传送例如：传送200个字符，每个字符个字符，每个字符8位，发送位，发送2个同步字个同步字 符，每个同步字符符，每个同步字符7位，则采用同步通信的传输位，则采用同步通信的传输 效率为效率为 （200*8）/（200*8+2*7）=99.13%。又例：而对于异步通信（又例：而对于异步通信（1位起始位与位起始位与1位停止位）：位停止位）： （200*8）/（200*10）

35、=80% 1.3.2 同步与异步通信同步与异步通信 1.单工通信单工通信 单工通信指的是数据流只向一个方向传递，发送方只负责发单工通信指的是数据流只向一个方向传递，发送方只负责发送，接收方只负责接收，如下图所示。典型的例子如电视送，接收方只负责接收，如下图所示。典型的例子如电视机或发报机。机或发报机。2. 双工通信双工通信双工通信分为两种：双工通信分为两种： 一种称为全双工通信：双向同时。一种称为全双工通信：双向同时。 另一种称为半双工通信另一种称为半双工通信:双向不同时。双向不同时。 注意：单工、半双工和全双工通常是指串行通信的。注意：单工、半双工和全双工通常是指串行通信的。1.3.3 数据

36、通信的方向数据通信的方向 1.3.3 数据通信的方向数据通信的方向 图图 数据通信的方向数据通信的方向1.4 差错控制技术差错控制技术 信号在物理信道传输过程中由于各种因素的影响，都会造成信号在物理信道传输过程中由于各种因素的影响，都会造成信号的失真，致使传输存在差错。信号的失真，致使传输存在差错。 概括地说，传输中的差错都是由于噪声所引起的，信号在传概括地说，传输中的差错都是由于噪声所引起的，信号在传输过程中受到的噪声干扰有两种：输过程中受到的噪声干扰有两种： 热噪声（不可避免）和冲击噪声。热噪声（不可避免）和冲击噪声。为减少传输差错，提高传输质量，可以采取以下措施：为减少传输差错，提高传输

37、质量，可以采取以下措施：1) 1) 改善通信线路的质量，降低误码率；改善通信线路的质量，降低误码率；2) 2) 采采用用差差错错控控制制技技术术检检测测错错误误，纠纠正正错错误误，把把差差错错限限制制在在尽尽可能小的允许范围内。可能小的允许范围内。 1. 反馈重发技术反馈重发技术 首先在发送端将信息进行检错编码，然后将检错码经信道首先在发送端将信息进行检错编码，然后将检错码经信道发送至接收端。接收端译码后判断是否有错，若有错，要求发发送至接收端。接收端译码后判断是否有错，若有错，要求发送端重传，直至传送正确；若无错，则发送无错确认信号给发送端重传，直至传送正确；若无错，则发送无错确认信号给发送

38、端。送端。 1.4 差错控制技术差错控制技术1.4 差错控制技术差错控制技术2. 前向纠错技术前向纠错技术 首先在发送端将信息进行纠错编码，然后将纠错码经信首先在发送端将信息进行纠错编码，然后将纠错码经信道发送至接收端，接收端译码后若发现错误则自动纠正错道发送至接收端，接收端译码后若发现错误则自动纠正错误，而不需要重传信息，但是该方法比较复杂，实现比较误，而不需要重传信息，但是该方法比较复杂，实现比较困难。困难。 奇偶校验分为垂直奇偶、水平奇偶、垂直水平奇偶校验。奇偶校验分为垂直奇偶、水平奇偶、垂直水平奇偶校验。VRC是将数据分组，每一组数据后附加一个校是将数据分组，每一组数据后附加一个校验位

39、，使得该组数据验位，使得该组数据(包括校验位包括校验位)中中1的个数为偶数的个数为偶数(偶校验偶校验)或或奇数奇数(奇校验奇校验)。 也可以说也可以说垂直奇偶校验垂直奇偶校验是在一个字符内部进行校验。是在一个字符内部进行校验。 水平奇偶校验是针对不同字符的相同位进行校验。水平奇偶校验是针对不同字符的相同位进行校验。1.4.1 奇偶校验奇偶校验1.4.1 奇偶校验奇偶校验采用垂直奇校验时的情况如下表：能查出奇数位出采用垂直奇校验时的情况如下表：能查出奇数位出错。错。 方块校验也称水平垂直冗余校验方块校验也称水平垂直冗余校验LRC。这种方法是对这种方法是对行和列都进行奇偶校验，它是在行和列都进行奇

40、偶校验，它是在VRC校验的基础上，进校验的基础上，进一步加强校验的方法。一步加强校验的方法。 具体工作原理是在一批字符传送之后，另外增加一个称具体工作原理是在一批字符传送之后，另外增加一个称为为“方块校验字符方块校验字符”的校验字符。的校验字符。LRC字符在发送端产生字符在发送端产生并传输，接收方也产生同样的校验字符，并与从发送端并传输，接收方也产生同样的校验字符，并与从发送端收到的校验字符相比较。收到的校验字符相比较。1.4.2 方块校验方块校验 举例：举例：1.4.3 循环冗余校验循环冗余校验CRC循环冗余校验码循环冗余校验码(CRC，Cyclic Redundancy Code)是采用是

41、采用多项式的编码方式，在要发送的数据位后面添加多位附加多项式的编码方式，在要发送的数据位后面添加多位附加位。这种方法把要发送的数据看成是一个多项式的系数，位。这种方法把要发送的数据看成是一个多项式的系数，数据为数据为bn-1bn-2b1b0 (其中为其中为0或或1)，则，则其对应的多项式为：其对应的多项式为： bn-1Xn-1+bn-2Xn-2+bX+b 例如：数据例如：数据“10010101”可以写为多项式可以写为多项式(二进制多项式）二进制多项式） X+X+X+1。 （X=2）注意：若二进制多项式表示为注意：若二进制多项式表示为m(x) m1(x)+m2(x)=m1(x)-m2(x)1.4

42、.3 循环冗余校验循环冗余校验CRC循环冗余校验方法的原理如下：循环冗余校验方法的原理如下：(1) 设要发送的数据对应的多项式为设要发送的数据对应的多项式为P(x)。(2) 发送方和接收方约定一个生成多项式发送方和接收方约定一个生成多项式G(x)，设该生成多项式设该生成多项式 的最高次幂为的最高次幂为r。(3) 在数据块的末尾添加在数据块的末尾添加r个个0，则其相对应的多项式为，则其相对应的多项式为 M(x)=XrP(x)。(左移左移r位位)(4) 用用M(x)除以除以G(x)，获得商获得商Q(x)和余式和余式R(x)，则则 M(x)=Q(x)G(x)+R(x)。(5) 令令T(x)=M(x)

43、-R(x)=M(x)+R(x)，采用模采用模2运算，运算，T(x)所对应的所对应的 数据是在原数据块的末尾加上余式所对应的数据得到的。数据是在原数据块的末尾加上余式所对应的数据得到的。(6) 发送发送T(x)所对应的数据。所对应的数据。(7) 设接收端接收到的数据对应的多项式为设接收端接收到的数据对应的多项式为T(x)，将将T(x)除以除以 G(x)，若余式为若余式为0，则认为没有错误，否则认为有错。，则认为没有错误，否则认为有错。 假设要发送的数据比特为假设要发送的数据比特为1101011011，生成多项式，生成多项式G(x)=10011，多项式最高幂次为多项式最高幂次为4，即，即r=4，则

44、需要在发则需要在发送的数据比特后面加送的数据比特后面加4个个0。余数多项式为。余数多项式为注意：注意：信道中要传输码元信道中要传输码元=数据数据(移位后移位后)+余数余数= 11010110111110假假设设接接收收方方收收到到的的数数据据为为11010110111110，大大家家可可以以采采用用前前面面我我们们介介绍绍的的CRC验验证证方方法法对对数数据据传传输输是是否否正正确确进进行行验证。验证。 循环冗余校验循环冗余校验CRC有两个显著特点：有两个显著特点：首首先先，循循环环码码适适合合于于用用代代数数方方法法来来分分析析码码的的结结构构，并并可可用用代代数数方方法法设设计计各各种种实实用用的的、有有较较强强纠纠错错能能力力的的码码,且且无无需很长的码长；需很长的码长；其其次次，由由于于码码的的循循环环特特性性，所所需需的的编编译译设设备备较较简简单单，易易于于实实现现。因因此此，循循环环冗冗余余校校验验CRC在在数数据据传传输输中中得得到到了了最广泛的应用。最广泛的应用。