西電初試專業(yè)課講義-計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

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編碼序列為：100100110111100ExampleErrorCorrectionCorrectionofdetectederrorsusuallyrequiresdatablocktoberetransmitted(seechapter7)Notappropriateforwirelessapplications-??BiterrorrateishighLotsofretransmissionsPropagationdelaycanbelong(satellite)comparedwithframetransmissiontimeWouldresultinretransmissionofframeinerrorplusmanysubsequentframesNeedtocorrecterrorsonbasisofbitsreceived

(1)根據(jù)糾錯(cuò)碼各碼組信息元和監(jiān)督元的函數(shù)關(guān)系，可分為線性碼和非線性碼。如果函數(shù)關(guān)系是線性的，即滿足一組線性方程式，則稱為線性碼，否則為非線性碼。

(2)根據(jù)上述關(guān)系涉及的范圍，可分為分組碼和卷積碼。分組碼的各碼元僅與本組的信息元有關(guān)；卷積碼中的碼元不僅與本組的信息元有關(guān)，而且還與前面若干組的信息元有關(guān)。(3)線性分組碼有：行列監(jiān)督碼、恒比碼、漢明碼、循環(huán)碼等；非線性碼有：卷積碼、Turbo碼等糾錯(cuò)碼的分類分組碼分組碼一般可用(n,k)表示。其中，k是每組二進(jìn)制信息碼元的數(shù)目，n是編碼碼組的碼元總位數(shù)，又稱為碼組長(zhǎng)度，簡(jiǎn)稱碼長(zhǎng)。n-k=r為每個(gè)碼組中的監(jiān)督碼元數(shù)目。簡(jiǎn)單地說(shuō)，分組碼是對(duì)每段k位長(zhǎng)的信息組以一定的規(guī)則增加r個(gè)監(jiān)督元，組成長(zhǎng)為n的碼字。在二進(jìn)制情況下，共有2k個(gè)不同的信息組，相應(yīng)地可得到2k個(gè)不同的碼字，稱為許用碼組。其余2n-2k個(gè)碼字未被選用，稱為禁用碼組。在分組碼中，非零碼元的數(shù)目稱為碼字的漢明重量，簡(jiǎn)稱碼重。例如，碼字10110，碼重w=3。兩個(gè)等長(zhǎng)碼組之間相應(yīng)位取值不同的數(shù)目稱為這兩個(gè)碼組的漢明(Hamming)距離，簡(jiǎn)稱碼距。例如11000與10011之間的距離d=3。碼組集中任意兩個(gè)碼字之間距離的最小值稱為碼的最小距離，用d０表示。最小碼距是碼的一個(gè)重要參數(shù)，它是衡量碼檢錯(cuò)、糾錯(cuò)能力的依據(jù)。分組碼碼的最小距離d0直接關(guān)系著碼的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力；任一(n,k)分組碼，若要在碼字內(nèi):(1)檢測(cè)e個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤，則要求碼的最小距離d0≥e+1;(2)糾正t個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤，則要求碼的最小距離d0≥2t+1;(3)糾正t個(gè)同時(shí)檢測(cè)e(≥t)個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤，則要求碼的最小距離d0≥t+e+1。檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力用差錯(cuò)控制編碼提高通信系統(tǒng)的可靠性，是以降低有效性為代價(jià)換來(lái)的。我們定義編碼效率R來(lái)衡量有效性:R=k/n其中,k是信息元的個(gè)數(shù)，n為碼長(zhǎng)。對(duì)糾錯(cuò)碼的基本要求是:檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力盡量強(qiáng)；編碼效率盡量高；編碼規(guī)律盡量簡(jiǎn)單。實(shí)際中要根據(jù)具體指標(biāo)要求，保證有一定糾、檢錯(cuò)能力和編碼效率，并且易于實(shí)現(xiàn)。編碼效率線性分組碼－Hammingcode(漢明或海明碼)

在(n,k)分組碼中，若每一個(gè)監(jiān)督元都是碼組中某些信息元按模二和而得到的，即監(jiān)督元是按線性關(guān)系相加而得到的，則稱線性分組碼。或者說(shuō)，可用線性方程組表述碼規(guī)律性的分組碼稱為線性分組碼。現(xiàn)以(7,4)分組碼為例來(lái)說(shuō)明線性分組碼的特點(diǎn)。設(shè)其碼字為A=［a6

a5

a4

a3

a2

a1

a0］，其中前4位是信息元，后3位是監(jiān)督元。表2(7,4)碼的碼字表可用下列線性方程組來(lái)描述該分組碼，產(chǎn)生監(jiān)督元，+為模2加監(jiān)督矩陣H和生成矩陣G

原(7,4)碼的3個(gè)監(jiān)督方程式可以改寫(xiě)為這組線性方程可用矩陣形式表示為并簡(jiǎn)記為其中，AT是A的轉(zhuǎn)置，0T是0=［000］的轉(zhuǎn)置，HT是H的轉(zhuǎn)置。H稱為監(jiān)督矩陣，一旦H給定，信息位和監(jiān)督位之間的關(guān)系也就確定了。H為r×n階矩陣，H矩陣每行之間是彼此線性無(wú)關(guān)的。H矩陣可分成兩部分其中,P為r×k階矩陣，Ir為r×r階單位矩陣?？梢詫?xiě)成H=［PIr］形式的矩陣稱為典型監(jiān)督矩陣。HAT=0T，說(shuō)明H矩陣與碼字的轉(zhuǎn)置乘積必為零，可以用來(lái)作為判斷接收碼字A是否出錯(cuò)的依據(jù)。若把監(jiān)督方程補(bǔ)充為下列方程其中稱為生成矩陣，由G和信息組就可以產(chǎn)生全部碼字。G為k×n階矩陣，各行也是線性無(wú)關(guān)的。生成矩陣也可以分為兩部分，即其中Q為k×r階矩陣,Ik為k階單位陣。可以寫(xiě)成式形式的G矩陣，稱為典型生成矩陣。非典型形式的矩陣經(jīng)過(guò)運(yùn)算也一定可以化為典型矩陣形式。漢明碼一般來(lái)說(shuō)，若碼長(zhǎng)為n，信息位數(shù)為k，則監(jiān)督位數(shù)為r=n-k。如果希望用r個(gè)監(jiān)督位構(gòu)造出r個(gè)監(jiān)督關(guān)系來(lái)指示一位錯(cuò)碼的n種可能位置，則要求：上例中的(7，4)漢明碼最小碼距d0=3，可知這種碼能糾正一個(gè)錯(cuò)碼，監(jiān)測(cè)兩個(gè)錯(cuò)碼，其編碼效率為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進(jìn)制數(shù)據(jù)55aaH，當(dāng)采用8位數(shù)據(jù)位、1位停止位傳輸時(shí)，它在信號(hào)線上的波形如圖1(TTL電平)和圖2(RS-232電平)所示。

FunctionalSpecificationCircuitsgroupedincategoriesDataControlTimingGroundOnecircuitineachdirectionFullduplexTwosecondarydatacircuitsAllowhaltorflowcontrolinhalfduplexoperationLocalandRemoteLoopbackProceduralSpecificationE.g.AsynchronousprivatelinemodemWhenturnedonandready,modem(DCE)assertsDCEreadyWhenDTEreadytosenddata,itassertsRequesttoSendAlsoinhibitsreceivemodeinhalfduplexModemrespondswhenreadybyassertingCleartosendDTEsendsdataWhendataarrives,localmodemassertsReceiveLineSignalDetectoranddeliversdataDialUpOperation(1)DTE就緒(20)發(fā)送電話號(hào)碼(2)振鈴指示(22)DTE就緒(20)DCE就緒產(chǎn)生載波(6)DialUpOperation(2)檢測(cè)到載波(8)DCE就緒(6)接收數(shù)據(jù)(3)–在線檢測(cè)到A的載波(8)DialUpOperation(3)DTE請(qǐng)求發(fā)送RTS(4)DCE允許發(fā)送CTS(5)發(fā)送數(shù)據(jù)(2)接收數(shù)據(jù)(3)(1)命令行的基本格式如下:AT命令［參數(shù)］命令［參數(shù)］……回車命令可以有參數(shù)或沒(méi)有參數(shù)(用方括號(hào)表示可選擇),命令的參數(shù)通常是0(缺省值)或1。若要求Modem自動(dòng)連接一個(gè)外地用戶的計(jì)算機(jī),我們首先