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1、第二部分第二部分 数据通信数据通信第六章 数字数据通信技术 宋娟软件学院异步传输异步传输异步传输异步传输1同步传输同步传输同步传输同步传输2线路配置线路配置线路配置线路配置344差错控制差错控制差错控制差错控制5内容要点2 并行并行并行并行数据传输数据传输串行串行串行串行 同步同步 异步异步数据传输3并行传输4串行传输串行传输5在同一个时间内，信号元素是一个个传输每个信号元素可能：少于一个比特（曼彻斯特编码）少于一个比特（曼彻斯特编码）一个比特（一个比特（NRZ-LNRZ-L）多于一个比特（多于一个比特（QPSKQPSK）接收器采样传输损伤传输损伤 定时关系定时关系 到达时间和每个比特周期到达
2、时间和每个比特周期重点：重点：串行传输串行传输6定时问题要求一个机制来同步收发器接收器在比特中央对信息流采样接收器在比特中央对信息流采样如果时钟排列不规则或者漂移，那么足如果时钟排列不规则或者漂移，那么足够多的比特发送将导致在错误时间采样够多的比特发送将导致在错误时间采样的后果的后果例：例：1Mbps1Mbps的数据，时钟偏差为的数据，时钟偏差为1%1%有两个解决同步时钟的办法异步传输异步传输同步传输同步传输同步和异步传输7拒绝传输无中断的长比特流，避免时序的问题！同一时间传输的字符数据5 5 5 5 至至至至 8 8 8 8 比特比特比特比特定时在每个字符内保持每个字符都要求重新取得同步异步
3、传输8异步传输9对于稳定信息流对于稳定信息流,字符的间隔是均匀分字符的间隔是均匀分布的布的(停止元素的长度停止元素的长度停止元素的长度停止元素的长度)例子例子例子例子:发送发送发送发送 IRA IRA IRA IRA 字符字符字符字符“ABC”ABC”ABC”ABC”1 1 1 1 起始比特起始比特起始比特起始比特,7,7,7,7 位数据比特位数据比特位数据比特位数据比特,1,1,1,1校验比特校验比特校验比特校验比特,1,1,1,1 停止停止停止停止比特比特比特比特 空闲空闲空闲空闲 state,receiver state,receiver state,receiver state,rec
4、eiver 接收器搜索接收器搜索接收器搜索接收器搜索 transition transition transition transition 从从从从1 to 01 to 01 to 01 to 0 Then Then Then Then 采样下个采样下个采样下个采样下个7 7 7 7位间隔位间隔位间隔位间隔 intervals(intervals(intervals(intervals(字符长度字符长度字符长度字符长度)Then looks forThen looks forThen looks forThen looks for下个下个下个下个 transition from 1 to 0
5、 transition from 1 to 0 transition from 1 to 0 transition from 1 to 0 为为为为 下个字符下个字符下个字符下个字符异步-过程10定时差错的影响 定时差错定时差错定时差错定时差错 如图如图如图如图 figure figure figure figure 6.1(6.1(6.1(6.1(c)c)c)c),6%,6%,6%,6%漂移，发送器每隔漂移，发送器每隔漂移，发送器每隔漂移，发送器每隔100100100100s s s s发送一个数据，发送一个数据，发送一个数据，发送一个数据，而接收器每隔而接收器每隔而接收器每隔而接收器每隔9
6、4949494s s s s采样一个数据采样一个数据采样一个数据采样一个数据 差错差错差错差错 比特采样差错：接收到的最后一个比特采样是错的比特采样差错：接收到的最后一个比特采样是错的比特采样差错：接收到的最后一个比特采样是错的比特采样差错：接收到的最后一个比特采样是错的 帧差错：第帧差错：第帧差错：第帧差错：第8 8 8 8位被误以为是起始位位被误以为是起始位位被误以为是起始位位被误以为是起始位11简单便宜简单便宜但是但是每个字符至少要求每个字符至少要求2-32-3个额外开销个额外开销 (overhead=20%)(overhead=20%)为了取得更高的效率为了取得更高的效率 ,使用不同形
7、式的同步使用不同形式的同步即：即：synchronous transmissionsynchronous transmission.异步优缺点12传输的数据块没有起始和终止位时钟必须同步可以使用单独的时钟线路，发送器定期在每个比特时间发送一个短脉冲信号，作为时钟。如RS232有利于短距离传输遭受传输损伤(for long distances)在数据中嵌入时钟信息在数据中嵌入时钟信息Manchester encoding(digital)Carrier frequency(analog)同步传输13必须指示数据块的起始和结束使用 前同步码preamble 和 后同步码postamble比异步效率
8、更高(lower overhead)Example:HDLC48 bits control information、preamble and postambleEach data blocks 1000 charactersoverhead=48/(8x1000+48)x100%=0.6%同步-数据块级（帧同步）14 单比特差错单比特差错 孤立的差错状态孤立的差错状态 只改变一个比特，不影响临近的其他比特只改变一个比特，不影响临近的其他比特 白噪声引起白噪声引起 突发性差错突发性差错 连续的连续的B B比特比特序列中序列中第一个第一个和和最后一个最后一个比特以及任意多个中间比特比特以及任意多个
9、中间比特接收不正确接收不正确；在一个比特簇中有很多差错出现，但不是说这些比特全部都错！在一个比特簇中有很多差错出现，但不是说这些比特全部都错！冲激噪声冲激噪声引起引起 移动无线环境中的移动无线环境中的信号衰弱信号衰弱引起引起 数据率越高，突发错误的影响越大！数据率越高，突发错误的影响越大！差错类型差错类型15差错控制方法检错重发：接收端在接收信号中检测出误码时，通知发送端重发，直到正确收到为止。检错只能知道接收码元中包含某些错误，但不知道误码的准确位置。采用检错重发需要具备双向通道；前向纠错：接收端不但能检错，还能纠错，对于二进制，即能知道误码的位置从而纠正。不需要反馈信道，实时性好，但是设备
10、复杂。通常检错和纠错相结合，当出现少量误码并在接收端能够纠正时，用前向纠错法，当错码较多超过纠正能力，但尚能检测是，就用检错重发法。16相关概念Pb比特差错率（BER）：接收到一个差错比特的概率，由信道特性决定；P1无比特差错的帧到达的概率；P2有比特差错，但没检测出来的概率，也称为剩余差错率；P3有比特差错，而且都检测出来的概率；在没有使用检错手段的情况下，P3=0；P2=1-P1Pb越大，帧长越长，P1越小，所以需要使用差错控制技术！17差错检测错误在所难免使用 error-detecting code检测附加在发送器接收器重新计算和检测也有可能存在不能检测到的错误18差错检测过程19奇偶
11、校验最简单的差错检测机制，在数据块的末尾加奇偶校验位，使得整个字符中“1”的个数为奇数或偶数。典型的例子：字符的传输字符的传输可以检测一个或奇数个误码，但是不能检错两个或偶数个误码不安全性噪声脉冲的长度经常破坏一个以上的比特奇偶校验20例子若若发送器发送发送器发送 an IRA G(1110001)an IRA G(1110001)并且使并且使用奇校验用奇校验,就附加就附加 1 1，然后发送，然后发送 1110001 11100011 1.接收器检测接受的字符，接收器检测接受的字符，如果如果 1s1s的个数是的个数是 odd,odd,假设没错误发生假设没错误发生.If 1 If 1 If 1
12、If 1 bit(orbit(orbit(orbit(or any odd number of bits)any odd number of bits)any odd number of bits)any odd number of bits)在传输过在传输过在传输过在传输过程错误翻转程错误翻转程错误翻转程错误翻转 (for example 111(for example 111(for example 111(for example 1110000000000000 0 0 01),1),1),1),那么接那么接那么接那么接收器就能检测到一个错误。收器就能检测到一个错误。收器就能检测到一个错
13、误。收器就能检测到一个错误。Note that,if 2 bits(or any even number)Note that,if 2 bits(or any even number)Note that,if 2 bits(or any even number)Note that,if 2 bits(or any even number)由由由由于错误于错误于错误于错误,an undetected error occurs,an undetected error occurs,an undetected error occurs,an undetected error occurs 21CRC
14、最常用最有效的方法，具有更强的检错能力给定一个 k bits 数据块，发送器生成一个（n-kn-k）位比特序列(FCS)必须使最后得到的含有n个比特的帧可以被预先设定的整数预先设定的整数整除接收器将接收到的帧用同样的整数进行除法运算 没有余数就说明没有错误。22CRC3种等价的表达方式模2运算多项式数字逻辑23模2运算使用无进位的二进制加法使用无进位的二进制加法The exclusive-OR(The exclusive-OR(XORXOR)异或操作异或操作定义如下定义如下:T T=要发送的要发送的n n位帧位帧,for,for n n k kMM（D D）=k k-bit-bit 数据块数据
15、块,T,T中前中前k k位位F F=n n-k-k位位bit FCS,Tbit FCS,T中后中后n-kn-k位位P P=n-k+1=n-k+1 位的特定比特序列位的特定比特序列;它是预定的除数它是预定的除数 predetermined divisorpredetermined divisor24CRCn-kn-k+125二进制除法二进制除法2627多项式将所有的值表示为一个虚构变量X的多项式，系数均为二进制，与二进制数值中的每一位相对应。例：D=110011，可以将其写为D(x)=X5+X4+X+1,P=11001,P(x)=X4+X3+1;28多项式CRC 过程可以描述为如下 例子,M=1
16、10011 M(X)=X5+X4+X+1P=11001 P(X)=X4+X3+129误码的表现形式差错模式(差错图样)E：任何一个比特位和1异或，都会发生翻转；字段中每个差错的位置标为1;若出现错码（E0），当Tr可以被P整除，即E可以被P整除时，错码无法检错，这种概率是比较小的。30只要选择合适的P(x),就可以保证出现的以下错误类型无法被P(x)整除，也就是说可以检测出错误：所有的单个比特差错，只要P(x)含有一个以上的非零项；所有的双比特差错，只要P(x)是本原多项式，具有最大指数L（CRC长度为L），帧长度为2L-1；任何奇数个差错，只要P(x)含有因式（X+1）；任意突发错误，当突发
17、错误长度小于等于CRC的长度（n-k）31标准多项式32数字逻辑CRC的编码过程和检错过程可以通过除法电路实现；除法电路可以由反馈移位寄存器实现，对于一个最高指数为(n-k)的多项式除数P(x)：用(n-k)位寄存器实现；最多需要(n-k)个异或门；异或门是否存在对应于多项式除数中的每一项是否存在，除了项1和X(n-k)33数字逻辑例：数据为1010001101，D(X)=X9+X7+X3+X2+1 除数为110101，P(X)=X5+X4+X2+134被除数除数余数初始0000011101010211111131111004010010510010061000117000101810001091011111001110C3C1I35作业6.146.1536