第2章数据通信技术基础090305

1、信息源和输入转换器发送设备信道接收设备输出转换器和受信者噪声数据：数据：电话机电话线电话线电话机电话交换网电话交换网计算机计算机ModemModem 01001000+0+0+0+0212+数据(a)ASK(b)FSK(c)PSK(绝对)(d)PSK(相对)12101001000+0+0+0+0212+数据(a)ASK(b)FSK(c)PSK(绝对)(d)PSK(相对)121 01001000+0+0+0+0212+数据(a)ASK(b)FSK(c)PSK(绝对)(d)PSK(相对)12101001000+0+0+0+0212+数据(a)ASK(b)FSK(c)PSK(绝对)(d)PSK(相对

2、)121 01001000+0+0+0+0212+数据(a)ASK(b)FSK(c)PSK(绝对)(d)PSK(相对)12101001000+0+0+0+0212+数据(a)ASK(b)FSK(c)PSK(绝对)(d)PSK(相对)12101001000+0+0+0+0212+数据(a)ASK(b)FSK(c)PSK(绝对)(d)PSK(相对)12101001000+0+0+0+0212+数据(a)ASK(b)FSK(c)PSK(绝对)(d)PSK(相对)121AMI码伪三元码01001100011信号交替反转码信号交替反转码AMI中中: “0”用用无电压无电压状态表示，状态表示， “1”由极

3、性上由极性上交替进行的正脉冲或负脉冲交替进行的正脉冲或负脉冲表示表示伪三元码中伪三元码中: “1”用用无电压无电压状态表示，状态表示， “0”由交替的由交替的正、负脉冲正、负脉冲表示。表示。 PCM操作包括：操作包括：采样、量化与编码采样、量化与编码3部分。部分。 1.采样采样:每隔一定的时间间隔对连续的模拟信号采每隔一定的时间间隔对连续的模拟信号采样样,这样模拟信号就成为离散的模拟信号这样模拟信号就成为离散的模拟信号,用它来近用它来近似的代表原信号。根据采样定理，似的代表原信号。根据采样定理，采样频率采样频率f为为 f2fmax，式中，式中fmax为原信号的最高为原信号的最高频率。频率。 2

4、.量化：量化：量化是将采样获得的样本幅度按量化级决量化是将采样获得的样本幅度按量化级决定取值的过程。经过量化后的样本幅度为离散的量定取值的过程。经过量化后的样本幅度为离散的量级值，已不是连续值。这级值，已不是连续值。这依据精度要求决定。依据精度要求决定。 3.编码：编码：编码是用相应位数的二进制代码表示量化编码是用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量级。如果有后的采样样本的量级。如果有K个量化级，则二进个量化级，则二进制的位数为制的位数为2KD8D7D6D5D4D3D2D100.51.01.5At0.270.30.620.61.281.31.521.51.261.30.730.70.4

5、10.40.120.1(a)样本量化级二进制编码编码信号0001010001111101111111010110001136131513741D1D2D3D4D5D6D7D8(b)一个字符一个字符01起止起止发送接收单向通道单向通道双向通道双向通道双向通道双向通道(a)(a)(b)(b)(c)(c)发送接收接收发送发送接收接收发送非理想信道实际的信道上存在三类损耗：衰减、延迟、噪声。a）衰减 信道的损耗引起信号强度减弱，导致信噪比S/N降低。b）延迟 信号中的各种频率成分在信道上的延迟时间各不相同，在接收端会产生信号畸变。c）噪声 热噪声：由导体内的热扰动引起，又称为白噪声。 串扰：信道间产生

6、的不必要的耦合。例：多对双绞线 脉冲噪声：非连续、随机、振幅较大。多由外部电磁干扰造成（闪电、大功率电机启动等）。 噪声将破坏信号，产生误码。持续时间0.01s的干扰可以破坏约560个比特（56Kbps）。C = W log2 (1+SN)S/NdB = 10 log10 S/N例：信道带宽例：信道带宽W=3KHz，信噪比为，信噪比为30dB，则，则C=3000*log2(1+1000) 30KbpsNyquist公式和公式和Shannel公式的比较公式的比较 C = 2W log2M 此公式说明数据传输率此公式说明数据传输率C随信号编码级数随信号编码级数增加而增加。增加而增加。M为编码级数为

7、编码级数. C = W log2(1+S/N) 无论采样频率多高，信号编码分多少级，无论采样频率多高，信号编码分多少级，此公式给出了信道能达到的最高传输速率。此公式给出了信道能达到的最高传输速率。原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限 增加。增加。组合器111100001270Hz振荡器1070Hz振荡器01 0 1 0 1+-信道上来的调制信号(模拟信号)1270Hz带通滤波器1070Hz带通滤波器检波器 1检波器 210合成器数字波形2225120250HzHz 表示数据表示数据1270110700HzHz 表示数据表示数据呼叫请求呼叫请求呼叫应答呼叫

8、应答报文或报文分组报文或报文分组应答应答释放请求释放请求释放应答释放应答线路建立线路建立数据传输数据传输线路释放线路释放节点节点节点 节点 存储转发交换方式可以分为两类：报文交换报文交换（message switching）与报文分组交换报文分组交换（packet switching）。报文交换报文交换与报文分组交换报文分组交换结构结构如下所示：如下所示：ACHAEFGBACKACKACKDACKHBP2. . . .P2P1P1P1P1P2P2P2ACKP1ACK塑料外皮金属屏蔽层绝缘皮铜芯保护套双绞线对图2-9 UTP电缆光传输系统三个组成部分 频分复用器解复用器信 号 1信 号 2信 号

9、 3信 号 41234通 道 1通 道 2通 道 3通 道 4保 护 频 带时分复用器解复用器信 号 1信 号 2信 号 3信 号 412344 3 2 1 4 3 2 1ABABABBA冲突B重发A重发信道节点B：节点A：1234567ABABBA冲突B重发A重发信道节点B：节点A：时钟：89AB总线忙帧发送帧装配开始发送 检测到冲突？发送人为干扰尝试次数加1尝试次数过多？计算退让值等待退让时间 发送完成否？完成：发送正确完成：冲突过多错YYYYNNNA 开始发送帧B 开始发送帧t =0t = tptt = tpt = 2tpB 检测出冲突A 检测出冲突tp 最坏情况下通道的传输传播延迟AB

10、令牌环的工作过程(由A向节点发数据）空闲令牌ACBD忙令牌ACBDCBDA空闲令牌ACBDPS=CNS=DAPS=BNS=ACEPS=DNS=CBPS=ANS=BD信源通信信道信宿数据噪声数据+噪声(a)001100111100011111000011000100010110011001010传输数据数据信号波形噪声数据信号与噪声信号叠加后的波形采样时间接收数据原始数据出错的位(b)发送方接收方发送数据 f ( x )生成多项式 G ( x )f(x)xk.G(x)=Q(x)+R(x)G(x)实际发送: f ( x)xk.+R(x)数据字段校验字段f(x)xk.R(x)发送数据 f (x)生成

11、多项式 G ( x )R(x)=R(x) 接收正确R(x)=R(x) 接收出错发送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发送数据比特序列CRC校验码比特序列1 0 0 1带CRC校验码的发送数据比特序列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海明码码组位长度n，冗余位长度r，数据位长度k

12、的关系冗余码从左至右依次填充位置如何求得冗余码接受方如何判断出错，确定出错误位并纠错01010101ACKACKACK发送端接收端112312322NAK012345670123456方向方向当发送一帧时这个边界就向右移动当接收到确认帧后，这个边界向右移动发送方窗口 为克服停止等待方式效率低的不足，可以在接到一个正确应答前发送多个数据帧，即用一个ACK帧对多个数据帧的接收进行确认。 所谓滑动窗口是指发送方和接收方创建的发送和接收缓冲区。 012345670123456方向方向当接收一帧时这个边界就向右移动当发送一个ACK帧时，这个边界向右移动接收方窗口010ACK1发送端接收端1010ACK0丢失超时1丢弃ACK0010ACK1发送端接收端1010ACK0丢失超时这两种情况下，发送方无法获得回应，会造成通信过程的死锁。010ACK1发送端接收端1010ACK0超时1丢弃ACK01丢弃010ACK1发送端接收端1010ACK0丢失超时1丢弃ACK001234564560123456456ACK3重发发送端接收端NAK4丢弃012345234501345234重发发送端接收端NAK2丢弃 丢失0123456701