西电初试专业课讲义-计算机网络

COMPUTERNETWORKSChapter6DigitalDataCommunicationsTechniquesAsynchronousandSynchronousTransmissionTimingproblemsrequireamechanismtosynchronizethetransmitterandreceiverTwosolutionsAsynchronousSynchronousAsynchronousDatatransmittedoncharacteratatime5to8bitsTimingonlyneedsmaintainingwithineachcharacterResynchronizewitheachcharacterAsynchronous(diagram)Asynchronous-BehaviorInasteadystream,intervalbetweencharactersisuniform(lengthofstopelement)Inidlestate,receiverlooksfortransition1to0Thensamplesnextsevenintervals(charlength)Thenlooksfornext1to0fornextcharacterSimpleCheapOverheadof2or3bitsperchar(~20%)Goodfordatawithlargegaps(keyboard)Synchronous-BitLevelBlockofdatatransmittedwithoutstartorstopbitsClocksmustbesynchronizedCanuseseparateclocklineGoodovershortdistancesSubjecttoimpairmentsEmbedclocksignalindataManchesterencodingCarrierfrequency(analog)Synchronous-BlockLevelNeedtoindicatestartandendofblockUsepreambleandpostamblee.g.blockof11111111patternsendingin11111110Moreefficient(loweroverhead)thanasyncTypesofErrorAnerroroccurswhenabitisalteredbetweentransmissionandreceptionSinglebiterrorsOnebitalteredAdjacentbitsnotaffectedWhitenoiseBursterrorsLengthBContinuoussequenceofBbitsinwhichfirstlastandanynumberofintermediatebitsinerrorImpulsenoiseFadinginwirelessEffectgreaterathigherdataratesErrorDetectionProcessErrorDetectionAdditionalbitsaddedbytransmitterforerrordetectioncodeParityCheckValueofparitybitissuchthatcharacterhaseven(evenparity)orodd(oddparity)numberofonesEvennumberofbiterrorsgoesundetectedCyclicRedundancyCheckCyclicRedundancyCheckForablockofkbitstransmittergeneratesnbitsequenceTransmitk+nbitswhichisexactlydivisiblebysomenumberReceiverdividesframebythatnumberIfnoremainder,assumenoerror??(modulo2operationXOR!!)D=10010011011可得R=1100编码序列为：100100110111100ExampleErrorCorrectionCorrectionofdetectederrorsusuallyrequiresdatablocktoberetransmitted(seechapter7)Notappropriateforwirelessapplications-??BiterrorrateishighLotsofretransmissionsPropagationdelaycanbelong(satellite)comparedwithframetransmissiontimeWouldresultinretransmissionofframeinerrorplusmanysubsequentframesNeedtocorrecterrorsonbasisofbitsreceived

(1)根据纠错码各码组信息元和监督元的函数关系，可分为线性码和非线性码。如果函数关系是线性的，即满足一组线性方程式，则称为线性码，否则为非线性码。

(2)根据上述关系涉及的范围，可分为分组码和卷积码。分组码的各码元仅与本组的信息元有关；卷积码中的码元不仅与本组的信息元有关，而且还与前面若干组的信息元有关。(3)线性分组码有：行列监督码、恒比码、汉明码、循环码等；非线性码有：卷积码、Turbo码等纠错码的分类分组码分组码一般可用(n,k)表示。其中，k是每组二进制信息码元的数目，n是编码码组的码元总位数，又称为码组长度，简称码长。n-k=r为每个码组中的监督码元数目。简单地说，分组码是对每段k位长的信息组以一定的规则增加r个监督元，组成长为n的码字。在二进制情况下，共有2k个不同的信息组，相应地可得到2k个不同的码字，称为许用码组。其余2n-2k个码字未被选用，称为禁用码组。在分组码中，非零码元的数目称为码字的汉明重量，简称码重。例如，码字10110，码重w=3。两个等长码组之间相应位取值不同的数目称为这两个码组的汉明(Hamming)距离，简称码距。例如11000与10011之间的距离d=3。码组集中任意两个码字之间距离的最小值称为码的最小距离，用d０表示。最小码距是码的一个重要参数，它是衡量码检错、纠错能力的依据。分组码码的最小距离d0直接关系着码的检错和纠错能力；任一(n,k)分组码，若要在码字内:(1)检测e个随机错误，则要求码的最小距离d0≥e+1;(2)纠正t个随机错误，则要求码的最小距离d0≥2t+1;(3)纠正t个同时检测e(≥t)个随机错误，则要求码的最小距离d0≥t+e+1。检错和纠错能力用差错控制编码提高通信系统的可靠性，是以降低有效性为代价换来的。我们定义编码效率R来衡量有效性:R=k/n其中,k是信息元的个数，n为码长。对纠错码的基本要求是:检错和纠错能力尽量强；编码效率尽量高；编码规律尽量简单。实际中要根据具体指标要求，保证有一定纠、检错能力和编码效率，并且易于实现。编码效率线性分组码－Hammingcode(汉明或海明码)

在(n,k)分组码中，若每一个监督元都是码组中某些信息元按模二和而得到的，即监督元是按线性关系相加而得到的，则称线性分组码。或者说，可用线性方程组表述码规律性的分组码称为线性分组码。现以(7,4)分组码为例来说明线性分组码的特点。设其码字为A=［a6

a5

a4

a3

a2

a1

a0］，其中前4位是信息元，后3位是监督元。表2(7,4)码的码字表可用下列线性方程组来描述该分组码，产生监督元，+为模2加监督矩阵H和生成矩阵G

原(7,4)码的3个监督方程式可以改写为这组线性方程可用矩阵形式表示为并简记为其中，AT是A的转置，0T是0=［000］的转置，HT是H的转置。H称为监督矩阵，一旦H给定，信息位和监督位之间的关系也就确定了。H为r×n阶矩阵，H矩阵每行之间是彼此线性无关的。H矩阵可分成两部分其中,P为r×k阶矩阵，Ir为r×r阶单位矩阵。可以写成H=［PIr］形式的矩阵称为典型监督矩阵。HAT=0T，说明H矩阵与码字的转置乘积必为零，可以用来作为判断接收码字A是否出错的依据。若把监督方程补充为下列方程其中称为生成矩阵，由G和信息组就可以产生全部码字。G为k×n阶矩阵，各行也是线性无关的。生成矩阵也可以分为两部分，即其中Q为k×r阶矩阵,Ik为k阶单位阵。可以写成式形式的G矩阵，称为典型生成矩阵。非典型形式的矩阵经过运算也一定可以化为典型矩阵形式。汉明码一般来说，若码长为n，信息位数为k，则监督位数为r=n-k。如果希望用r个监督位构造出r个监督关系来指示一位错码的n种可能位置，则要求：上例中的(7，4)汉明码最小码距d0=3，可知这种码能纠正一个错码，监测两个错码，其编码效率为InterfacingDataprocessingdevices(ordataterminalequipment,DTE)donot(usually)includedatatransmissionfacilitiesNeedaninterfacecalleddatacircuitterminatingequipment(DCE)e.g.modem,NICDCEtransmitsbitsonmediumDCEcommunicatesdataandcontrolinfowithDTEDoneoverinterchangecircuitsClearinterfacestandardsrequiredDataCommunicationsInterfacingCharacteristicsofInterfaceMechanicalConnectionplugsElectricalVoltage,timing,encodingFunctionalData,control,timing,groundingProceduralSequenceofeventsV.24/EIA-232-FITU-Tv.24OnlyspecifiesfunctionalandproceduralReferencesotherstandardsforelectricalandmechanicalEIA-232-F(USA)RS-232MechanicalISO2110Electricalv.28Functionalv.24Proceduralv.24MechanicalSpecificationMechanicalSpecificationElectricalSpecificationDigitalsignalsValuesinterpretedasdataorcontrol,dependingoncircuitMorethan-3visbinary1,morethan+3visbinary0(NRZ-L)Signalrate<20kbpsDistance<15mForcontrol,morethan-3visoff,+3visonElectricalSpecification16进制数据55aaH，当采用8位数据位、1位停止位传输时，它在信号线上的波形如图1(TTL电平)和图2(RS-232电平)所示。

FunctionalSpecificationCircuitsgroupedincategoriesDataControlTimingGroundOnecircuitineachdirectionFullduplexTwosecondarydatacircuitsAllowhaltorflowcontrolinhalfduplexoperationLocalandRemoteLoopbackProceduralSpecificationE.g.AsynchronousprivatelinemodemWhenturnedonandready,modem(DCE)assertsDCEreadyWhenDTEreadytosenddata,itassertsRequesttoSendAlsoinhibitsreceivemodeinhalfduplexModemrespondswhenreadybyassertingCleartosendDTEsendsdataWhendataarrives,localmodemassertsReceiveLineSignalDetectoranddeliversdataDialUpOperation(1)DTE就绪(20)发送电话号码(2)振铃指示(22)DTE就绪(20)DCE就绪产生载波(6)DialUpOperation(2)检测到载波(8)DCE就绪(6)接收数据(3)–在线检测到A的载波(8)DialUpOperation(3)DTE请求发送RTS(4)DCE允许发送CTS(5)发送数据(2)接收数据(3)(1)命令行的基本格式如下:AT命令［参数］命令［参数］……回车命令可以有参数或没有参数(用方括号表示可选择),命令的参数通常是0(缺省值)或1。若要求Modem自动连接一个外地用户的计算机,我们首先