第二章 數(shù)據(jù)通信技術(shù)

1、第第2 2章章 數(shù)據(jù)通信技術(shù)數(shù)據(jù)通信技術(shù)本章要求本章要求: : 了解數(shù)據(jù)通信的基本概念；了解數(shù)據(jù)通信的基本概念； 理解數(shù)據(jù)通信的一般模型；理解數(shù)據(jù)通信的一般模型； 掌握常見的四種數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型；掌握常見的四種數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型； 理解數(shù)據(jù)通信的基本方式；理解數(shù)據(jù)通信的基本方式； 掌握單極性的數(shù)據(jù)編碼方式；掌握單極性的數(shù)據(jù)編碼方式； 掌握極化數(shù)據(jù)編碼方式；掌握極化數(shù)據(jù)編碼方式； 掌握雙極性的數(shù)據(jù)編碼方式；掌握雙極性的數(shù)據(jù)編碼方式； 理解多路復(fù)用技術(shù)的基本作用；理解多路復(fù)用技術(shù)的基本作用； 掌握掌握FDMFDM的基本原理及工作過(guò)程；的基本原理及工作過(guò)程； 掌握掌握TDMTDM及及STDMSTD

2、M的基本原理及工作過(guò)程；的基本原理及工作過(guò)程； 了解了解WDMWDM和和CDMACDMA的基本原理；的基本原理； 掌握常見的差錯(cuò)控制技術(shù)；掌握常見的差錯(cuò)控制技術(shù)； 掌握常見的流量控制即使及特點(diǎn)。掌握常見的流量控制即使及特點(diǎn)。2.1 2.1 數(shù)據(jù)通信概述數(shù)據(jù)通信概述數(shù)據(jù)通信從信號(hào)類型的分類看來(lái)有模擬和數(shù)字兩種類型。模擬信號(hào)指的是信號(hào)的某一參量(振幅、頻率、相位等)可以取無(wú)限多個(gè)數(shù)值，且直接與消息相對(duì)應(yīng)的，模擬信號(hào)有時(shí)也稱連續(xù)信號(hào)，這個(gè)連續(xù)是指信號(hào)的某一參量可以連續(xù)變化，例如溫度、壓力，以及目前在電視廣播中的聲音和圖像。數(shù)字信號(hào)是用一連串脈沖來(lái)代表所要傳送的信息的，不同的脈沖組合代表不同的信息。數(shù)

3、字信號(hào)在數(shù)學(xué)上表示為在某區(qū)間內(nèi)離散變化的值因此，數(shù)字信號(hào)的波形是離散的、不連續(xù)的，因?yàn)槊}沖只有有、無(wú)兩種狀態(tài)，所以可以用二進(jìn)制數(shù)字，即0和1的組合來(lái)代表。2.1.1 2.1.1 數(shù)據(jù)通信的一般模型數(shù)據(jù)通信的一般模型實(shí)現(xiàn)信息傳遞所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和稱為通信系統(tǒng)。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的一般模型如圖2-1所示。圖2-1 通信系統(tǒng)的一般模型2.1.2 2.1.2 常見的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)常見的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)常見的通信系統(tǒng)包括模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)和模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸系統(tǒng)四類。1.模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)對(duì)于模擬通信系統(tǒng)，它主要包含兩種重要變換，即把連續(xù)消息變換成電信號(hào)和把電信號(hào)

4、恢復(fù)成最初的連續(xù)消息的過(guò)程。經(jīng)過(guò)調(diào)制后的信號(hào)通常稱之為已調(diào)信號(hào)。模擬通信系統(tǒng)的組成，如圖2-2所示。圖2-2 模擬通信系統(tǒng)模型已調(diào)信號(hào)有三個(gè)基本特性，一是攜帶有消息，二是適合在信道中傳輸，三是頻譜具有帶通形式，且中心頻率遠(yuǎn)離零頻。因而已調(diào)信號(hào)又稱之為頻帶信號(hào)。通常把有調(diào)制器/解調(diào)器的數(shù)字通信系統(tǒng)稱為數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)。數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的模型一般可用圖2-3來(lái)表示。 圖2-3 數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)2.2.數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)與數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，把沒有調(diào)制器/解調(diào)器的數(shù)字通信系統(tǒng)稱為數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)，如圖2-4所示。 圖2-4 數(shù)字基帶通信系統(tǒng)圖中基帶信號(hào)形成器可能包括

5、編碼器、加密器以及波形變換器等，接收濾波器可能包括譯碼器、解密器等。3.3.數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)在數(shù)字系統(tǒng)中的傳輸，則必須在發(fā)送端將模擬信號(hào)數(shù)字化，即進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在接收端需進(jìn)行相反的轉(zhuǎn)換，即D/A轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸?shù)南到y(tǒng)如圖2-5所示。 圖2-5 模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸?shù)南到y(tǒng)4.4.模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸通信系統(tǒng)模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸通信系統(tǒng)2.2 2.2 數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)通信方式2.2.1 2.2.1 串行傳輸和并行傳輸串行傳輸和并行傳輸串行傳輸和并行傳輸用于指明傳輸信號(hào)的信號(hào)數(shù)量，如果用一個(gè)信道實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，則采用的是串行傳輸，如果采用多個(gè)信道同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)

6、據(jù)傳輸，則采用的并行傳輸。1.串行傳輸串行傳輸串行傳輸指的是數(shù)據(jù)流以串行方式，在一條信道上傳輸。一個(gè)字符的8個(gè)二進(jìn)制代碼，由高位到低位順序排列，再接下一個(gè)字符的8位二進(jìn)制碼，這樣串接起來(lái)形成串行數(shù)據(jù)流傳輸。2.并行傳輸并行傳輸如果將代表信息的數(shù)字信號(hào)序列分割成兩路或兩路以上的數(shù)字信號(hào)序列同時(shí)在信道上傳輸，則稱為并序傳輸通信方式。并行通信傳輸中有多個(gè)數(shù)據(jù)位，同時(shí)在兩個(gè)設(shè)備之間傳輸。發(fā)送設(shè)備將這些數(shù)據(jù)位通過(guò)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)線傳送給接收設(shè)備，還可附加一位數(shù)據(jù)校驗(yàn)位。接收設(shè)備可同時(shí)接收到這些數(shù)據(jù)，不需要做任何變換就可直接使用。2.2.2 異步通信和同步通信異步通信和同步通信 在通信過(guò)程中，發(fā)送方和接收方必須

7、在時(shí)間上保持步調(diào)一致，亦即同步，才能準(zhǔn)確的傳送信息。解決的方法時(shí)，要求接收端根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)的起止時(shí)間和時(shí)鐘頻率，來(lái)校正自己的時(shí)間基準(zhǔn)與時(shí)鐘頻率。這個(gè)過(guò)程叫位同步或碼元同步。在傳送由多個(gè)碼元組成的字符以及由許多字符組成的數(shù)據(jù)塊時(shí)，通信雙方也要就信息的起止時(shí)間取得一致，這種同步作用有兩種不同的方式，因而也就對(duì)應(yīng)了兩種不同的傳輸方式。1.異步傳輸異步傳輸異步傳輸方式中，一次只傳輸一個(gè)字符。每個(gè)字符用一位起始位引導(dǎo)、一位停止位結(jié)束。起始位為0，占一位時(shí)間;停止位為1，占12位的持續(xù)時(shí)間。在沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，發(fā)送方可發(fā)送連續(xù)的停止位(稱空閑位)。接收方根據(jù)1至0的跳變來(lái)判別一個(gè)新字符的開始，然后接收字符中的

8、所有位。這種通信方式簡(jiǎn)單便宜，但每個(gè)字符有23位的額外開銷。如圖2-6是異步傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式。 圖2-6 異步傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式2.2.同步傳輸（同步傳輸（Synchronous TransmissionSynchronous Transmission） 同步傳輸時(shí)，用1個(gè)或2個(gè)同步字符表示傳送過(guò)程的開始，接著是n個(gè)字符的數(shù)據(jù)塊，字符之間不允許有空隙。發(fā)送端發(fā)送時(shí)，首先對(duì)欲發(fā)送的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，如采用曼徹斯特編碼或差動(dòng)曼徹斯特編碼，形成編碼數(shù)據(jù)后再向外發(fā)送。由于發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)編碼自帶同步時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)了收發(fā)雙方的自同步功能。接收端經(jīng)過(guò)解碼，便可以得到原始數(shù)據(jù)。 同步傳輸時(shí)，為使接收方能判定數(shù)據(jù)塊的開

9、始和結(jié)束，還須在每個(gè)數(shù)據(jù)塊的開始處和結(jié)束處各加一個(gè)幀頭和一個(gè)幀尾，加有幀頭、幀尾的數(shù)據(jù)稱為一幀(Frame)。幀頭和幀尾的特性取決于數(shù)據(jù)塊是面向字符面向字符的還是面向比特面向比特的。（1 1）面向字符型）面向字符型 如果采用面向字符的方案，那么每個(gè)數(shù)據(jù)塊以一個(gè)或多個(gè)同步字符作為開始。同步字符通常稱為SYN，這一控制字符的位模式與傳輸?shù)娜魏螖?shù)據(jù)字符都有明顯的差別。幀尾是另一個(gè)惟一的控制字符。這樣，接收方判別到SYN字符后，就可接收數(shù)據(jù)塊，直到發(fā)現(xiàn)幀尾字符為止。然后，接收方再判別下一個(gè)SW字符。例如IBM公司的二進(jìn)同步規(guī)程mc就是這樣一種面向字符的同步傳輸方案。如圖2-7是面向字符型的同步數(shù)據(jù)格式

10、。 圖2-7 面向字符型的數(shù)據(jù)格式（2 2）面向比特型）面向比特型 面向比特型的方案是把數(shù)據(jù)塊作為位流而不是作為字符流來(lái)處理。在面向比特的方案中，由于數(shù)據(jù)塊中可以有任意的位模式，因此不能保證在數(shù)據(jù)塊中出現(xiàn)幀頭和幀尾標(biāo)志，為此把幀頭和幀尾都使用模式01111110(稱為標(biāo)志)，而為了避免在數(shù)據(jù)塊中出現(xiàn)這種模式，發(fā)送方在所發(fā)送的數(shù)據(jù)中每當(dāng)出現(xiàn)5個(gè)1之后就插入一個(gè)附加的0。當(dāng)接收方檢測(cè)到5個(gè)1的序列時(shí)，就檢查后續(xù)的一位數(shù)據(jù)，若該位是0，接收方就刪除掉這個(gè)附加的0，這種規(guī)程就是所謂的位插入技術(shù)。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO所規(guī)定的高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HDLC和IBM公司所規(guī)定的同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程SDLC中

11、都采用這種技術(shù)。如圖2-8是面向比特型的同步數(shù)據(jù)格式。 圖2-8 面向比特型的數(shù)據(jù)格式2.2.3 2.2.3 單工、半雙工和雙工通信單工、半雙工和雙工通信根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蚝托诺朗欠窨赡婵蓪?shù)據(jù)通信方式分為單工、半雙工和雙工三種。1.1.單工通信方式單工通信方式在單工信道上信息只能在一個(gè)方向傳送。發(fā)送方不能接收，接受方不能發(fā)送。信道的全部帶寬都用于由發(fā)送方到接收方的數(shù)據(jù)傳送。2.2.半雙工通信方式半雙工通信方式在半雙工信道上，通信雙方可以交替發(fā)送和接收信息，但不能同時(shí)發(fā)送和接收。在一段時(shí)間內(nèi)，信道的全部帶寬用于一個(gè)方向上的信息傳遞。這種方式要求通信雙方都有發(fā)送和接收能力，又有雙向傳送信息的能力

12、。3.3.全雙工通信方式全雙工通信方式這是一種可同時(shí)進(jìn)行信息的傳遞的通信方式。兩地間可以在兩個(gè)方向上同時(shí)進(jìn)行傳輸。當(dāng)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收分流，分別由兩根不同的傳輸線傳送時(shí)，通信雙方都能在同一時(shí)刻進(jìn)行發(fā)送和接收操作，這樣的傳送方式就是全雙工制。在全雙工方式下，通信系統(tǒng)的每一端都設(shè)置了發(fā)送器和接收器，因此，能控制數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳送。2.3 2.3 數(shù)字信號(hào)編碼數(shù)字信號(hào)編碼數(shù)字信號(hào)編碼指的是將二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)0，1串采用脈沖實(shí)現(xiàn)描述的過(guò)程。通常的數(shù)字信號(hào)編碼可分為單極性編碼、極化編碼和雙極性編碼三種。2.3.1 2.3.1 單極性編碼單極性編碼單極性編碼指的是只使用一個(gè)電壓值，代表二進(jìn)制中的一個(gè)狀態(tài)

13、，而以零電壓代表另一個(gè)狀態(tài)的編碼方式。常見的單極性編碼包括單極性歸零碼單極性歸零碼和單極性非歸零碼單極性非歸零碼兩個(gè)類型。非歸零碼（NRZ，Not Return Zero）在整個(gè)碼元期間電平保持不變。單極性非歸零碼的一個(gè)波形如圖2-9所示，這是一種最簡(jiǎn)單常用的基帶信號(hào)形式。這種信號(hào)脈沖的零電平和正電平分別對(duì)應(yīng)著二進(jìn)制代碼0和1，或者說(shuō)，它在一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)用脈沖的有或無(wú)來(lái)對(duì)應(yīng)表示0或1。其特點(diǎn)是極性單一，有直流分量，脈沖之間無(wú)間隔。另外位同步信息包含在電平的轉(zhuǎn)換之中，當(dāng)出現(xiàn)連0序列時(shí)沒有位同步信息。 圖2-9 單極性非歸零碼1.1.單極性非歸零碼單極性非歸零碼2.2.單極性歸零編碼單極性歸零編碼

14、 歸零碼（RZ，Return Zero）在整個(gè)碼元期間高電平只維持一段時(shí)間，其余時(shí)間返回零電平，即歸零碼的有電脈沖寬度比碼元寬度窄(即占空比1），每個(gè)脈沖在還沒有到一個(gè)碼元終止時(shí)刻就回到零值。單極性歸零碼在每一碼元的時(shí)間間隔內(nèi)，當(dāng)發(fā)1時(shí)，發(fā)出正電平，但是發(fā)電流的時(shí)間短于一個(gè)碼元的時(shí)間。當(dāng)發(fā)0時(shí)，仍然完全不發(fā)送電平。這樣發(fā)1時(shí)有一部分時(shí)間不發(fā)電平，幅度降為零電平。單極性歸零碼的波形如圖2-10所示。 圖2-10 單極性歸零碼2.3.2 2.3.2 極化編碼極化編碼 極化編碼使用一正一負(fù)兩個(gè)電壓值(即雙極性）代表二進(jìn)制比特值。在極化編碼各種變型中，只討論三類最普遍的，即非歸零編碼、雙極性歸零碼和雙

15、相位編碼非歸零編碼、雙極性歸零碼和雙相位編碼。非歸零編碼非歸零編碼包括非歸零電平編碼非歸零電平編碼和非歸零反相編碼非歸零反相編碼。雙雙相位編碼相位編碼包括曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼。1.1.非歸零編碼非歸零編碼（1 1）非歸零電平碼（）非歸零電平碼（NRZ-LNRZ-L，No-Return-Zero LevelNo-Return-Zero Level）非歸零電平碼用正電平來(lái)描述信號(hào)1，用負(fù)電平來(lái)描述信號(hào)0。非歸零電平碼（NRZ-L）的碼型如圖2-11所示。 圖2-11 非歸零電平碼在采用NRZ-L的情況下，若線路上的電平為0，則說(shuō)明當(dāng)前線路上沒有信號(hào)傳輸。NRZ

16、-L編碼思想簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但是不易提取同步信息，特別是在傳輸長(zhǎng)0和長(zhǎng)1串時(shí)。非歸零反相碼指的是，如果傳輸一個(gè)比特的起始時(shí)刻發(fā)生了電平跳變，那么這個(gè)比特就代表二進(jìn)制1，如果此刻沒有發(fā)生電平跳變，那么這個(gè)比特就代表二進(jìn)制的0。非歸零反相碼的碼型如圖2-12所示。 圖2-12 非歸零反相碼非歸零反相碼解決了長(zhǎng)1串的同步問題，但是對(duì)連續(xù)的長(zhǎng)0串仍然無(wú)能為力。NRZ-I編碼雖然簡(jiǎn)單，但其抗干擾能力比較差。另外，由于接收方不能正確判斷開始與結(jié)束，從而收發(fā)雙方不能保持同步，需要采取另外的措施來(lái)保證發(fā)送時(shí)鐘與接收時(shí)鐘的同步，需要另一個(gè)信道同時(shí)傳送同步時(shí)鐘信號(hào)。（2 2）非歸零反相碼（）非歸零反相碼（NRZ-

17、INRZ-I，No Return Zero-No Return Zero-InverseInverse）2.2.歸零編碼歸零編碼 雙極性歸零碼使用正、負(fù)二個(gè)電平分別來(lái)描述信號(hào)0和1，每個(gè)信號(hào)都在比特位置的中點(diǎn)時(shí)刻發(fā)生信號(hào)的歸零過(guò)程。通過(guò)歸零，使每個(gè)比特位（碼元）都發(fā)生信號(hào)變化，接收端可利用信號(hào)跳變建立與發(fā)送端之間的同步。它比單極性歸零編碼有效。缺陷是每個(gè)比特位發(fā)生兩次信號(hào)變化，多占用了帶寬。 圖2-13所示的是雙極性歸零碼的波形表示，其中“1”碼發(fā)正的窄脈沖，“0”碼發(fā)負(fù)的窄脈沖，兩個(gè)碼元的間隔時(shí)間可以大于每一個(gè)窄脈沖的寬度，取樣時(shí)間對(duì)準(zhǔn)脈沖的中心。 圖2-13 雙極性歸零碼3.3.雙相位編碼

18、雙相位編碼 雙相位編碼指的是使用兩種電平的自同步編碼，每個(gè)比特位間隙中信號(hào)出現(xiàn)一次電平跳變（相位改變），但不歸零。正因?yàn)槊總€(gè)碼元都發(fā)生信號(hào)躍遷，故傳輸效率幾乎減小了一半。這種編碼方式又叫裂相碼。（1 1）曼徹斯特編碼）曼徹斯特編碼 曼徹斯特編碼將每個(gè)比特的周期分為前與后兩部分，通過(guò)前傳送該比特的反碼，通過(guò)后傳送該比特的原碼。每個(gè)比特的中間有一次跳變，它既可以作為位同步方式的內(nèi)帶時(shí)鐘，又可以表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)。當(dāng)表示數(shù)據(jù)時(shí)，由高電平到低電平的跳變表示“0”，由低電平到高電平的跳變表示“1”，位與位之間有或沒有跳變都不代表實(shí)際的意義。圖2-14是曼徹斯特編碼的波形。 圖2-14 曼徹斯特編碼 曼徹斯特

19、編碼自帶時(shí)鐘信號(hào)，不必另發(fā)同步時(shí)鐘信號(hào)，另外不含直流分量。 差分曼徹斯特編碼是糅合差分碼和裂相碼的編碼方式，在這種編碼內(nèi)，每個(gè)1信號(hào)都發(fā)生相鄰的交替反轉(zhuǎn)過(guò)程，而每個(gè)0作為跟隨信息。差分曼徹斯特編碼每個(gè)比特的中間有一次跳變，它只作為位同步方式的內(nèi)帶時(shí)鐘，不論由高電平到低電平的跳變，還是由低電平到高電平的跳變都與數(shù)據(jù)信號(hào)無(wú)關(guān)。圖2-15是差分曼徹斯特編碼一個(gè)例子。 圖2-15 差分曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼與差分曼徹斯特編碼明顯的缺點(diǎn)都是效率較低，由于在每個(gè)比特中間都有一次跳變，所以時(shí)鐘頻率是信號(hào)速率的2倍。（2 2）差分曼徹斯特編碼）差分曼徹斯特編碼2.3.3 2.3.3 雙極性編碼雙極性編碼 雙

20、極性編碼采用正、負(fù)、零三個(gè)電平，0電平表示0，正負(fù)電平交替表示1。雙極性編碼主要用來(lái)解決單極性碼中的長(zhǎng)1和長(zhǎng)0問題和極化編碼帶寬問題。常用的雙極性編碼包括雙極性信號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼（雙極性信號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼（AMIAMI，Alternate Mark Alternate Mark InvertingInverting）、雙極性）、雙極性8 8零替換編碼（零替換編碼（B8ZSB8ZS）和高密度雙高密度雙極性極性3 3零編碼（零編碼（HDB3HDB3）。1.1.雙極性信號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼（雙極性信號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼（AMIAMI）AMI碼指的是用零電平代表二進(jìn)制0，交替出現(xiàn)的正負(fù)電壓表示1。信號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼用交替變換的正

21、、負(fù)電平表示比特1的方法使其所含的直流分量為零。AMI實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)目標(biāo)，一是直流分量為零，二是可對(duì)連續(xù)的比特1進(jìn)行同步。但對(duì)一連串的比特0并無(wú)同步確保機(jī)制。為解決比特0的同步，兩種AMI的變型B8ZS和HDB3被研究出來(lái)，前者在北美使用，后者用于日本和歐洲。AMI碼對(duì)具有變壓器或其它交流隅合的傳輸信道來(lái)說(shuō)，不易受隔直特性的影響，若接收端收到的碼元極性與發(fā)送端的完全相反，也能正確判決。圖2-16是AMI碼的一個(gè)波形表示。 圖2-16 AMI編碼2.2.雙極性雙極性8 8零替換編碼（零替換編碼（B8ZSB8ZS） 在AMI編碼中，當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)8個(gè)比特0時(shí)，強(qiáng)行加入稱為擾動(dòng)的人工信號(hào)變化，根據(jù)連續(xù)0的前

22、導(dǎo)比特1的極性，采用如下的編碼規(guī)則替換這個(gè)8零串的方式就是B8ZS編碼。如果前導(dǎo)1是正電平，則8個(gè)0被編碼為“0，0，0，正，負(fù)，0，負(fù)，正”。當(dāng)前導(dǎo)1為負(fù)電平時(shí)，比特的編碼模式為“0，0，0，負(fù)，正，0，正，負(fù)”。例如，采用B8ZS碼對(duì)數(shù)據(jù)10100000000010進(jìn)行編碼，假設(shè)序列中第一個(gè)比特1的極性為負(fù)，得到數(shù)據(jù)的波形如圖2-17所示。 圖2-17 B8ZS編碼波形3.3.高密度雙極性高密度雙極性3 3零編碼（零編碼（HDB3HDB3） HDB3編碼時(shí)，先把消息代碼變成AMI碼，當(dāng)出現(xiàn)4個(gè)或4個(gè)以上連續(xù)0碼時(shí)進(jìn)行處理，根據(jù)相鄰的兩個(gè)4零串中所夾的1的個(gè)數(shù)的奇偶性來(lái)進(jìn)行替換。當(dāng)所夾的比特

23、1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，用000D代替0000，當(dāng)所夾的比特1個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，用100D代替0000。通常把D稱為破壞點(diǎn)，其中所有的0仍然使用0電平表示，改變的1與前邊最近的1相反，D與前邊最近的1相同。 HDB3編碼中，接收端通過(guò)比較最近的兩個(gè)比特1的極性來(lái)確定需還原的序列位置。HDB3的譯碼比較簡(jiǎn)單，同時(shí)它對(duì)定時(shí)信號(hào)的恢復(fù)極為有利。HDB3是CCITT推薦使用的碼之一。例如，設(shè)數(shù)據(jù)序列首部的比特1極性為正，根據(jù)HDB3編碼的替換規(guī)則，得到數(shù)據(jù)10000110000101的波形如圖2-18所示。 圖2-18 HDB3編碼波形2.4 2.4 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù)指的是采用一條高速傳輸

24、介質(zhì)（信道）來(lái)分時(shí)/分頻率傳送多路低速信號(hào)從而有效地提高傳輸介質(zhì)利用率的技術(shù)。常見的多路復(fù)用技術(shù)有FDM、TDM等。2.4.1 2.4.1 頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用 頻分多路復(fù)用（FDM，F(xiàn)requency Division Multiplexing），指的是按照頻率參量的差別來(lái)分割信號(hào)的復(fù)用方式。FDM的基本原理是若干通信信道共用一條傳輸線路的頻譜。在物理信道的可用帶寬超過(guò)單個(gè)原始信號(hào)所需帶寬情況下，可將該物理信道的總帶寬分割成若干個(gè)與傳輸單個(gè)信號(hào)帶寬相同的子信道，每個(gè)子信道傳輸一路信號(hào)。FDM將傳輸頻帶分成N部分后，每一個(gè)部分均可作為一個(gè)獨(dú)立的傳輸信道使用。這樣在一對(duì)傳輸線路上就有N路信息

25、傳送，而每一對(duì)話路所占用的只是其中的一個(gè)頻段。圖2-19給出了FDM的一般情況。在該圖中，有4個(gè)信號(hào)源輸入到一個(gè)多路復(fù)用器上，復(fù)用器用不同的頻率（f1，f2，f3，f4）調(diào)制每一個(gè)信號(hào)。每個(gè)調(diào)制后的信號(hào)都需要一個(gè)以它的載波頻率為中心的帶寬，稱之為通道（信道）。 圖2-19 頻分多路復(fù)用2.4.2 2.4.2 時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用 時(shí)分多路復(fù)用（TDM，Time Division Multiplexing），指的是以時(shí)間作為分割信號(hào)的參量，信號(hào)在時(shí)間位置上分開但它們能占用的頻帶是重疊的。當(dāng)傳輸信道所能達(dá)到的數(shù)據(jù)傳輸速率超過(guò)了傳輸信號(hào)所需的數(shù)據(jù)傳輸速率時(shí)即可采用TDM。 TDM的理論基礎(chǔ)是抽樣

26、定理。抽樣定理使連續(xù)（模擬）的基帶信號(hào)有可能被在時(shí)間上離散出現(xiàn)的抽樣脈沖值所代替。這樣，當(dāng)抽樣脈沖占據(jù)較短時(shí)間時(shí)，在抽樣脈沖之間就留出了時(shí)間空隙，利用這種空隙便可以傳輸其他信號(hào)的抽樣值。因此，這就有可能沿一條信道同時(shí)傳送若干個(gè)基帶信號(hào)。TDM的復(fù)用過(guò)程可以由圖2-20所示。 圖2-20 時(shí)分復(fù)用原理2.4.3 2.4.3 統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 同步TDM方式中，幀中時(shí)間片與用戶一一對(duì)應(yīng)，用戶沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)也占用這個(gè)時(shí)間片，因而浪費(fèi)資源。為了提高時(shí)隙的利用率，可以采用按需分配時(shí)隙的技術(shù)，以避免每幀中出現(xiàn)空閑時(shí)隙的現(xiàn)象，即每一個(gè)時(shí)間片都可被所連接的任何一個(gè)有數(shù)據(jù)發(fā)送的輸入線路所使用。以這種動(dòng)態(tài)

27、分配時(shí)隙方式工作的技術(shù)稱為統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用（STDM，Statistical Time Division Multiplexing）或稱異步TDM（ATDM，Asynchronous Time Division Multiplexing）或智能TDM（ITDM，Intelligent Time Division Multiplexing）。2.4.4 2.4.4 波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用 波分多路復(fù)用WDM（Wavelength Division Multiplexing）利用不同波長(zhǎng)的光在一條光纖上同時(shí)傳輸多路信號(hào)，主要用于光纖通信。波分多路復(fù)用在發(fā)送端，利用波分多路復(fù)用設(shè)備將不同信道的信號(hào)

28、調(diào)制成不同波長(zhǎng)的光，并復(fù)用到光纖信道上。在接收方，采用波分復(fù)用設(shè)備分離不同波長(zhǎng)的光信號(hào)。發(fā)送端的波分復(fù)用設(shè)備叫合波器，接收端的波分復(fù)用設(shè)備叫分波器。WDM復(fù)用原理如圖2-21所示。 圖2-21 波分多路復(fù)用原理 波分多路復(fù)用使用無(wú)源的衍射光柵來(lái)實(shí)現(xiàn)不同光波的合成和分解。即在發(fā)送端兩根光纖連接到一個(gè)棱柱（或更可能是衍射光柵）上，每根光纖的能量處于不同的波段，合成到一根共享的光纖上，傳送到遠(yuǎn)方的目的地，在接收端利用相同的設(shè)備將各路光波分解開來(lái)，如圖2-22所示。 圖2-22 波分多路復(fù)用過(guò)程2.4.5 2.4.5 碼分多址復(fù)用碼分多址復(fù)用 碼分多址復(fù)用（Code Division Multiple

29、 Access，CDMA）是采用地址碼和時(shí)間、頻率共同區(qū)分信道的多路復(fù)用方式。CDMA將需要傳送的具有一定信號(hào)帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端也使用完全相同的偽隨機(jī)碼，對(duì)接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。 不同的移動(dòng)臺(tái)可以使用同一個(gè)頻率，但是每個(gè)移動(dòng)臺(tái)都被分配帶有一個(gè)獨(dú)特的“碼序列”，該序列碼與所有別的“碼序列”都不相同，因?yàn)槭强坎煌摹按a序列”來(lái)區(qū)分不同的移動(dòng)臺(tái)，所以各個(gè)用戶相互之間也沒有干擾，從而達(dá)到了多路復(fù)用的目的。2.5 2.5 差錯(cuò)控制技術(shù)差錯(cuò)控制

30、技術(shù) 差錯(cuò)控制技術(shù)是保證數(shù)據(jù)傳輸可靠性的基本技術(shù)。常見的差錯(cuò)控制編碼是實(shí)現(xiàn)出錯(cuò)控制的基本策略。2.5.1 2.5.1 差錯(cuò)控制方法差錯(cuò)控制方法 差錯(cuò)控制方式基本上分為兩類，一類稱為“反饋反饋糾錯(cuò)糾錯(cuò)”，另一類稱為“前向糾錯(cuò)前向糾錯(cuò)”。在這兩類基礎(chǔ)上又派生出一種，稱為“混合糾錯(cuò)混合糾錯(cuò)”。 反饋糾錯(cuò)，即信息反饋（IRQ，Information Request Repetition）方式，也稱為回程校驗(yàn)方式，在發(fā)送端檢測(cè)錯(cuò)誤。這種方式在是發(fā)送端采用某種能檢錯(cuò)的編碼對(duì)所傳信息進(jìn)行編碼，加入少量監(jiān)督碼元，在接收端則根據(jù)編碼規(guī)則收到的編碼信號(hào)進(jìn)行檢查，一量檢測(cè)出（發(fā)現(xiàn)）有錯(cuò)碼時(shí)，即向發(fā)送端發(fā)出詢問信號(hào)，

31、要求重發(fā)。發(fā)送端在收到詢問信號(hào)后，立即重發(fā)已發(fā)生傳輸差錯(cuò)的那部分發(fā)信息，直到正確收到為止。所謂發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)是指在若干接收碼元中知道有一個(gè)或一些是錯(cuò)的，但不一定知道錯(cuò)誤的準(zhǔn)確位置。 IRQ方式的技術(shù)特點(diǎn)是：無(wú)需差錯(cuò)編碼，信息冗余度小。需要反饋回路。發(fā)送端檢錯(cuò)，信息傳輸距離加大一倍，因而可能導(dǎo)致額外的差錯(cuò)和重傳。系統(tǒng)發(fā)、收端均需較大容量的存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)傳輸信息，以備檢錯(cuò)和輸出。傳輸率很低，很少應(yīng)用。1.1.反饋糾錯(cuò)反饋糾錯(cuò)2.2.前向糾錯(cuò)（前向糾錯(cuò)（FECFEC，F(xiàn)orward Error CorrectionForward Error Correction） 前向糾錯(cuò)控制方法是在發(fā)送端進(jìn)行逐行糾錯(cuò)編碼

32、，然后發(fā)送這種能糾錯(cuò)的碼，接收端譯碼，并自動(dòng)糾正傳輸差錯(cuò)。3.3.混合糾錯(cuò)（混合糾錯(cuò)（HECHEC，Hybrid Error CorrectionHybrid Error Correction） 混合糾錯(cuò)的方式是少量糾錯(cuò)在接收端自動(dòng)糾正，差錯(cuò)較嚴(yán)重，超出自行糾正能力時(shí)，就向發(fā)送端發(fā)出詢問信號(hào)，要求重發(fā)。因此，“混合糾錯(cuò)”是“前向糾錯(cuò)”及“反饋糾錯(cuò)”兩種方式的混合。2.5.2 2.5.2 差錯(cuò)控制編碼差錯(cuò)控制編碼常見的差錯(cuò)控制編碼包括奇偶校驗(yàn)碼、方陣校驗(yàn)碼等。1.1.奇偶校驗(yàn)碼奇偶校驗(yàn)碼奇偶校驗(yàn)是奇校驗(yàn)碼和偶校驗(yàn)碼的統(tǒng)稱，是一種最基本的檢錯(cuò)碼，在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸中廣泛應(yīng)用奇偶校驗(yàn)編碼規(guī)則如下:發(fā)送

33、端將所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼元分組，在分組數(shù)據(jù)后面加一位監(jiān)督碼（校驗(yàn)位），使得該組碼連同監(jiān)督碼在內(nèi)的碼組中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)（奇校驗(yàn)）或偶數(shù)（偶校驗(yàn)）。接收端按照編碼規(guī)則檢查如果發(fā)現(xiàn)不符，就說(shuō)明產(chǎn)生差錯(cuò)，但不能明確差錯(cuò)的具體位置即不能糾錯(cuò)。公式表示：設(shè)碼組長(zhǎng)度為n，表示為（，）其中前n-1位為信息位，第n位為監(jiān)督位奇校驗(yàn)： 即偶校驗(yàn)： 即在奇校驗(yàn)中，若結(jié)果為“1”，則傳送無(wú)誤；否則，傳送出錯(cuò)。偶檢驗(yàn)的判斷與奇校驗(yàn)的判斷相反。這種校驗(yàn)無(wú)論信息位為多少位，監(jiān)督位只有一位。但這種校驗(yàn)只能檢測(cè)信息碼組中奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤，對(duì)偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤無(wú)能為力。12101nnaaac01211nncaaa12100nnaaac0121

34、nncaaa方陣校驗(yàn)碼又稱行列監(jiān)督碼，矩陣碼，縱向冗余校驗(yàn)碼（LRC，Lognitudinal Redundancy Check），它的碼元受到行和列兩個(gè)方向奇偶監(jiān)督，又稱二維奇偶校驗(yàn)碼。這種編碼可以克服奇偶監(jiān)督碼不能發(fā)現(xiàn)偶數(shù)個(gè)差錯(cuò)的缺點(diǎn)，并且是一種用以糾正突發(fā)錯(cuò)誤的糾正編碼。其基本原理與奇偶監(jiān)督碼相似，不同的是每個(gè)碼元要受到縱向和橫向兩次監(jiān)督。編碼規(guī)則如下：將欲發(fā)送的信息碼按行排成一個(gè)矩陣，矩陣中每一行為一碼組，每行的最后加上一個(gè)奇偶監(jiān)督碼元；矩陣中的每一列是由不同碼組相同位置的碼元組成，在每列最后也加上一個(gè)監(jiān)督碼元，進(jìn)行奇偶校驗(yàn)；最后按行或列碼組的順序發(fā)送。如果用表示信息位，表示監(jiān)督位，則

35、矩陣碼的結(jié)構(gòu)如圖2-23所示。 圖2-23 矩陣碼結(jié)構(gòu)2.方陣校驗(yàn)碼方陣校驗(yàn)碼循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC， Cyclic Redundancy checking），又稱多項(xiàng)式碼。在循環(huán)冗余校驗(yàn)中，不是通過(guò)將各比特位相加來(lái)得到期望的校驗(yàn)，而是通過(guò)在數(shù)據(jù)單元末尾加一串冗余比特，稱作循環(huán)冗余校驗(yàn)碼或循環(huán)冗余校驗(yàn)余數(shù)，使得整個(gè)數(shù)據(jù)單元可以被另一個(gè)預(yù)定的二進(jìn)制數(shù)所整除CRC碼是由兩部分組成，前部分是信息碼，就是需要校驗(yàn)的信息，后部分是校驗(yàn)碼，如果CRC碼的長(zhǎng)度為n個(gè)bit，信息碼的長(zhǎng)度為k個(gè)bit，就稱為（n，k）碼。CRC的編碼規(guī)則如下：（1）首先將原信息碼（k bit）左移r位（k+r=n）。（2）運(yùn)用一

36、個(gè)生成多項(xiàng)式g（x）（也可看成二進(jìn)制數(shù)）用模2除上面的式子，得到的余數(shù)就是校驗(yàn)碼。（3）根據(jù)欲發(fā)送的k位信息位構(gòu)成的報(bào)文，發(fā)送器生成一個(gè)r比特的序列，稱為幀校驗(yàn)序列FCS（Frame checking Series），將r位FCS（即CRC碼）附加到k位信息序列之后作為實(shí)際發(fā)送的數(shù)據(jù)幀（k+r位），這個(gè)幀所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制序列恰好能夠被某個(gè)預(yù)先確定的數(shù)（生成多項(xiàng)式）整除。（4）接收器用相同的數(shù)去除傳來(lái)的幀。如果無(wú)余數(shù)，則認(rèn)為無(wú)差錯(cuò)；如果余數(shù)不為0，則認(rèn)為傳輸出錯(cuò)。奇偶校驗(yàn)對(duì)一個(gè)字符校驗(yàn)一次，適合異步通信；而CRC對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)塊（frame）校驗(yàn)一次，適合同步通信。在串行同步通信中，幾乎都使用這種校驗(yàn)

37、方法。如磁盤信息的讀/寫等。3.3.循環(huán)冗余校驗(yàn)碼循環(huán)冗余校驗(yàn)碼4.4.卷積碼卷積碼卷積碼是P.Elias 1955提出的數(shù)據(jù)編碼方案，整個(gè)編解碼過(guò)程中，每個(gè)監(jiān)督碼元對(duì)它的前后碼元都實(shí)行監(jiān)督，前后相連，具有連環(huán)監(jiān)督作用，因此，又稱為連環(huán)碼。卷積碼在差錯(cuò)控制和數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。（1 1）卷積碼編碼器）卷積碼編碼器卷積碼編碼器由兩個(gè)移位寄存器和，一個(gè)模2加法器組成，它的結(jié)構(gòu)如圖2-24所示。 圖2-24 卷積碼編碼器 （2 2）卷積碼解碼器）卷積碼解碼器卷積碼的解碼器和編碼器的結(jié)構(gòu)基本相似，實(shí)際上由于編碼器輸出連環(huán)的信息碼和監(jiān)督碼，所以在接收端設(shè)置一個(gè)同步的電子開關(guān)將得到的信息碼和監(jiān)督碼再分開，將得到的信息碼再按照原卷積碼的方式生成一次監(jiān)督碼，將原來(lái)得到的監(jiān)督碼和新得到的監(jiān)督碼進(jìn)行比對(duì)，糾正傳輸錯(cuò)誤。卷積碼解碼器的結(jié)構(gòu)如圖2-25所示。 圖2-25 卷積碼解碼器2.6 2.6 流量控制技術(shù)流量控制技術(shù) 流量控制技術(shù)可以很好的協(xié)調(diào)收發(fā)雙方的數(shù)據(jù)流量，防止空轉(zhuǎn)和數(shù)據(jù)溢出。常見的流量控制方法包括停止等待流量控制和滑動(dòng)窗口流量控制兩種。2.6.1 2.6.1 停止等待流量