【正文】 公式給出了信道能達(dá)到的最高傳輸速率。原因：噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限增加?！　?shù)據(jù)編碼　　編碼與調(diào)制的區(qū)別：　　△用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)——編碼?！　　饔媚M信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)——調(diào)制?！　?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼：把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成某種數(shù)字脈沖信號常見的有兩類：不歸零碼和曼徹斯特編碼。　　△不歸零碼（NRZ，NonReturntoZero）二進(jìn)制數(shù)字0、1分別用兩種電平來表示，常常用5V表示1，+5V表示0。缺點：存在直流分量，傳輸中不能使用變壓器；不具備自同步機制，傳輸時必須使用外同步?！髀鼜厮固鼐幋a（ManchesterCode）用電壓的變化表示0和1，規(guī)定在每個碼元的中間發(fā)生跳變：高→低的跳變代表0，低→高的跳變代表1。每個碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同步信號。這種編碼也稱為自同步碼（SelfSynchronizingCode）。缺點：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）?！　　鞑罘致鼜厮固鼐幋a（Differential～）每個碼元的中間仍要發(fā)生跳變，用碼元開始處有無跳變來表示0和1，有跳變代表0，無跳變代表1?！　?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼[三種常用的調(diào)制技術(shù)]：　　△幅移鍵控ASK（AmplitudeShiftKeying）　　△頻移鍵控FSK（FrequencyShiftKeying）　△相移鍵控PSK（PhaseShiftKeying）基本原理：用數(shù)字信號對載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。載波S（t）=Acos（ωt+ψ）。S（t）的參量包括：幅度A、頻率ω、初相位ψ，調(diào)制就是要使A、ω或ψ隨數(shù)字基帶信號的變化而變化。△ASK：用載波的兩個不同振幅表示0和1?！　　鱂SK：用載波的兩個不同頻率表示0和1?！鱌SK：用載波的起始相位的變化表示0和1?！　∧M數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼采樣定理：如果模擬信號的最高頻率為F，若以2F的采樣頻率對其采樣，則采樣得到的離散信號序列就能完整地恢復(fù)出原始信號。要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語音信號，語音信號要在數(shù)字線路上傳輸，必須將語音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號?！　∵@需要經(jīng)過三個步驟：　　△采樣：按一定間隔對語音信號進(jìn)行采樣。　　△量化：對每個樣本舍入到量化級別上?！　　骶幋a：對每個舍入后的樣本進(jìn)行編碼編碼后的信號稱為PCM信號。　　多路復(fù)用技術(shù)復(fù)用：多個信息源共享一個公共信道?！　楹我獜?fù)用？——提高線路利用率。適用場合：當(dāng)信道的傳輸能力大于每個信源的平均傳輸需求時。復(fù)用類型：△頻分復(fù)用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing），△波分復(fù)用WDM（WaveDivisionMultiplexing），△時分復(fù)用TDM（TimeDivisionMultiplexing）?！　☆l分復(fù)用原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每路信號占用一個頻率通道進(jìn)行傳輸。頻率通道之間留有防護頻帶以防相互干擾?！　〔ǚ謴?fù)用——光的頻分復(fù)用。原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每路信號占用一個波長范圍來進(jìn)行傳輸。　時分復(fù)用原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個時隙，每路數(shù)據(jù)占用一個時隙進(jìn)行傳輸。由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個時間片的固定時隙，所以這種時分復(fù)用也稱為同步時分復(fù)用。時分復(fù)用的典型例子：PCM信號的傳輸，把多個話路的PCM話音數(shù)據(jù)用TDM的方法裝成幀（幀中還包括了幀同步信息和信令信息），每幀在一個時間片內(nèi)發(fā)送，每個時隙承載一路PCM信號。　　統(tǒng)計（異步）TDM——STDMTDM的缺點：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該時隙，將會造成帶寬浪費。改進(jìn)：用戶不固定占用某個時隙，有空時隙就將數(shù)據(jù)放入?！　〔铄e控制與語音、圖像傳輸不同，計算機通信要求極低的差錯率?！　‘a(chǎn)生差錯的原因：　　△信號衰減和熱噪聲；　　△信道的電氣特性引起信號幅度、頻率、相位的畸變；　　△信號反射，串?dāng)_；　　△沖擊噪聲，閃電、大功率電機的啟停等?！　〔铄e控制的基本方法是：接收方進(jìn)行差錯檢測，并向發(fā)送方應(yīng)答，告知是否正確接收?！　〔铄e檢測主要有兩種方法：　　奇偶校驗（ParityChecking）在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位增加一個奇偶校驗位，使結(jié)果中1的個數(shù)為奇數(shù)（奇校驗）或偶數(shù)（偶校驗）。例如1100010增加偶校驗位后為11100010，若接收方收到的字節(jié)奇偶校驗結(jié)果不正確，就可以知道傳輸中發(fā)生了錯誤。此方法只能用于面向字符的通信協(xié)議中，只能檢測出奇數(shù)個比特位錯?！　⊙h(huán)冗余校驗（CRC,CyclicRedundancyCheck）差錯檢測原理：將傳輸?shù)奈淮闯上禂?shù)為0或1的多項式。收發(fā)雙方約定一個生成多項式G（x），發(fā)送方在幀的末尾加上校驗和，使帶校驗和的幀的多項式能被G（x）整除。接收方收到后，用G（x）除多項式，若有余數(shù)，則傳輸有錯。校驗和是16位或32位的位串，CRC校驗的關(guān)鍵是如何計算校驗和?！〔铄e控制技術(shù)：　　△自動請求重傳AutomaticRepeatRequest（ARQ）　　△停等ARQ△GobackNARQ△選擇重傳ARQ　　附：　　一、數(shù)據(jù)通信中的主要技術(shù)指標(biāo)　　數(shù)據(jù)通信的任務(wù)是傳輸數(shù)據(jù)信息，希望達(dá)到傳輸速度快、出錯率低、信息量大、可靠性高，并且既經(jīng)濟又便于使用維護。這些要求可以用下列技術(shù)指標(biāo)加以描述?！　。骸　∷^數(shù)據(jù)傳輸速率，是指每秒能傳輸?shù)亩M(jìn)制信息位數(shù)，單位為位/秒（bitspersecond），記作bps或b/s，它可由下式確定：s=1/Tlog2N（bps）式中T為一個數(shù)字脈沖信號的寬度（全寬碼情況）或重復(fù)周期（歸零碼情況），單位為秒。一個數(shù)字脈沖也稱為一個碼元，N為一個碼元所取的有效離散值個數(shù)，也稱調(diào)制電平數(shù)，N一般取2的整數(shù)次方值。若一個碼元僅可取0和1兩種離散值，則該碼元只能攜帶一位（bit）二進(jìn)制信息；若一個碼元可取00、010和11四種離散值，則該碼元就能攜帶兩位二進(jìn)制信息。以此類推，若一個碼元可取N種離散值，則該碼元便能攜帶log2N位二進(jìn)制信息。當(dāng)一個碼元僅取兩種離散值時，S=（1/T），表示數(shù)據(jù)傳輸速率等于碼元脈沖的重復(fù)頻率。由此，可以引出另一個技術(shù)指標(biāo)：信號傳輸速率，也稱碼元速率、調(diào)制速率或波特率，單位為波特（Baud）。信號傳輸速率表示單位時間內(nèi)通過信道傳輸?shù)拇a元個數(shù)，也就是信號經(jīng)調(diào)制后的傳輸速率。若信號碼元的寬度為T秒，則碼元速率定義為：B=1/T（Baud）在有些調(diào)幅和調(diào)頻方式的調(diào)制解調(diào)器中，一個碼元對應(yīng)于一位二進(jìn)制信息，即一個碼元；，有兩種有效離散值，此時調(diào)制速率和數(shù)據(jù)傳輸速率相等。但在調(diào)相的四相信號方式中，一個碼元對應(yīng)于兩位二進(jìn)制信息，即一個碼元有四種有效離散值，此時調(diào)制速率只是數(shù)據(jù)傳輸速率的一半。由以上兩式合并可得到調(diào)制速率和數(shù)據(jù)傳輸速率的對應(yīng)關(guān)系式：S=Blog2N（bps）或B=S/log2N（Baud）一般在二元調(diào)制方式中，S和B都取同一值，習(xí)慣上二者是通用的。但在多元調(diào)制的情況下，必須將它們區(qū)別開來。例如采用四相調(diào)制方式，即N=4,且T=833106秒，則可求出數(shù)據(jù)傳輸速率為：S=1/Tlog2N=1/（833106）log24=2400（bps）而調(diào)制速率為：B=1/T=1/（833106）=1200（Baud）通過上例可見，雖然數(shù)據(jù)傳輸速率和調(diào)制速率都是描述通信速度的指標(biāo)，但它們是完全不同的兩個概念。打個比喻來說，假如調(diào)制速率是公路上單位時間經(jīng)過的卡車數(shù)，那么數(shù)據(jù)傳輸速率便是單位時間里經(jīng)過的卡車所裝運的貨物箱數(shù)。如果一車裝一箱貨物，則單位時間經(jīng)過的卡車數(shù)與單位時間里卡車所裝運的貨物箱數(shù)相等，如果→車裝多箱貨物，則單位時間經(jīng)過的卡車數(shù)便小于單位時間里卡車所裝運的貨物箱數(shù)?！。骸　⌒诺廊萘勘碚饕粋€信道傳輸數(shù)據(jù)的能力，單位也用位/秒（bps）。信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別在于，前者表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，是信道傳輸數(shù)據(jù)能力的極限，而后者則表示實際的數(shù)據(jù)傳輸速率。這就像公路上的最大限速值與汽車實際速度之間的關(guān)系一樣，它們雖然采用相同的單位；但表征的是不同的含義。奈奎斯特（Nyquist）首先給出了無噪聲情況下碼元速率的極限值與信道帶寬的關(guān)系：B=2H（Baud）其中，H是信道的帶寬，也稱頻率范圍，即信道能傳輸?shù)纳?、下限頻率的差值，單位為HZ。由此可推出表征信道數(shù)據(jù)傳輸能力的奈奎斯特公式：C=2Hlog2N（bpe）此處，N仍然表示攜帶數(shù)據(jù)的碼元可能取的離散值的個數(shù)，C即是該信道最大的數(shù)據(jù)傳輸速率。由以上兩式可見，對于特定的信道，其碼元速率不可能超過信道帶寬的兩倍，但若能提高每個碼元可能取的離散值的個數(shù)，則數(shù)據(jù)傳輸速率便可成倍提高。例如，普通電話線路的帶寬約為3KHz,則其碼元速率的極限值為6kBaud。若每個碼元可能取的離散值的個數(shù)為16（即N=16），則最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)C=23klog216=24kbps。實際的信道總要受到各種噪聲的干擾，香農(nóng)（Shannon）則進(jìn)一步研究了受隨機噪聲干擾的信道的情況，給出了計算信道容量的香農(nóng)舍式：C=Hlog2（1+S/N）（bps）其中，S表示信號功率，N為噪聲功率，S/N則為信噪比。由于實際使用的信道的信噪比都要足夠大，故常表示成10log10（S/N），以分貝（dB）為單位來計量，在使用時要特別注意。例如，信噪比為30dB,帶寬為3kHZ的信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為：C=3klog2（1+1030/10）=3klog2（1+1001）=30kbps。由此可見，只要提高信道的信噪比，便可提高信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。需要強調(diào)的是，上述兩個公式計算得到的只是信道數(shù)據(jù)傳輸速率的極限值，實際使用時必須留有充足的余地。　?。?誤碼率是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下的傳輸可靠性的指標(biāo)，它定義為二進(jìn)制數(shù)據(jù)位傳輸時出錯的概率。設(shè)傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)據(jù)總數(shù)為N位，其中出錯的位數(shù)為風(fēng)，則誤碼率表示為：Pe=Ne/N計算機網(wǎng)絡(luò)中，一般要求誤碼率低于106,即平均每傳輸106位數(shù)據(jù)僅允許錯一位?？扇粽`碼率達(dá)不到這個指標(biāo)，可以通過差錯控制方法進(jìn)行檢錯和糾錯。　　二、編碼技術(shù)　　模擬信號：是指模擬數(shù)據(jù)在某個區(qū)間產(chǎn)生連續(xù)的值。例如，聲音和視頻就是強度連續(xù)變化的信號。大多數(shù)用傳感器收集的數(shù)據(jù)，例如溫度和壓力都是連續(xù)值?！　?shù)字信號：是指數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)產(chǎn)生離散的值。例如，文本信息和整數(shù)?！≌{(diào)制解調(diào)：當(dāng)需要在只能傳輸模擬信號的線路上傳輸數(shù)據(jù)信號時（例如，通過一條公用電話線將數(shù)據(jù)從一臺計算機傳輸?shù)搅硪慌_計算機），在發(fā)送方，數(shù)據(jù)開始是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，但是由于電話線只能傳輸模擬信號，所以數(shù)據(jù)必須進(jìn)行數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換。這個轉(zhuǎn)換過程就叫作調(diào)制。在接收方需要進(jìn)行模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，使它還原為原來的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)這個過程叫作解調(diào)。整個從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)到模擬信號再到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的過程稱作調(diào)制解調(diào)?！　≌{(diào)制解調(diào)有三種基本形式：幅移鍵控法（AmplitudeShiftKeying，ASK）、頻移鍵控法（FrequencyShiftKeying，F(xiàn)SK）和相移鍵控法（PhaseShiftKeying，PSK）?！　〔粴w零（NonReturntoZero，NRZ）編碼：在用數(shù)字信號傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時，信號的電平是根據(jù)它所代表的二進(jìn)制數(shù)值決定的。一個正電壓值代表1，而一個負(fù)電壓值代表0，因而信號的電平依賴于它所代表的數(shù)值?！　÷鼜厮固鼐幋a：在曼徹斯特編碼中，每個比特中間引入跳變來同時代表不同數(shù)值和同步信息。一個負(fù)電平到正電平的跳變代表0，而一個正電平到負(fù)電平的跳變則代表1。通過這種跳變使曼徹斯特編碼獲得了同步信息和數(shù)字編碼?！　〔顒勇鼜厮固鼐幋a：在差動曼徹斯特編碼中，用兩個比特之間的跳變來代表不同的數(shù)值，在間隙中有跳變的代表0，沒有跳變的代表1。比特中間的跳變只用來表示同步信息，不同的數(shù)值通過在比特間隙是否跳變來表示?！　∪?shù)據(jù)傳輸技術(shù)　　多路復(fù)用：在計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，當(dāng)傳輸介質(zhì)的能力超過傳輸單一信號的情況時，為了有效地利用傳輸系統(tǒng)，希望一個信道能夠同時傳輸多路信號。多路復(fù)用，就是把許多信號在單一的傳輸線路上進(jìn)行傳輸。一般普遍使用三種多路復(fù)用技術(shù)，即頻分多路復(fù)用（FDM）、時分多路復(fù)用（TDM）和統(tǒng)計時分多路復(fù)用（STDM）。　　同步傳輸：是使接收端接收的每一位數(shù)據(jù)信息都要和發(fā)送端準(zhǔn)確地保持同步，中間沒有間斷，實現(xiàn)這種同步方法又有自同步法和外同步法?！‘惒絺鬏敚菏腔谧止?jié)的，每字節(jié)作為一個單位通過鏈路傳輸，因為沒有同步脈沖，接收方不可能通過計時方式來預(yù)測下一個字節(jié)何時到達(dá)，因而在每個字節(jié)的開頭都要附加一個0，通常稱為起始位，在每個字節(jié)尾部還加上一個或多個1，被稱為停止位。單工通信：是指在通信鏈路上的兩個站點，只能一個發(fā)送信息，另一個接收?！　“腚p工通信：在通信鏈路上的兩個站點都可以發(fā)送和接收信息，但是不能同時發(fā)送和接收，當(dāng)其中一個站點在發(fā)送信息時，另一個站點只能接收，反之亦然?！　∪p工通信：在通信鏈路上的兩個站點可以同時發(fā)送和接收信息，即一個站點發(fā)送信息的同時也能接收信息?！　∷?、差錯控制方法　　差錯的產(chǎn)生原因及其控制差錯控制是指在數(shù)據(jù)通信過程中能發(fā)現(xiàn)或糾正差錯，把差錯限制在盡可能小的允許范圍內(nèi)的技術(shù)和方法。信號在物理信道中傳輸時線路時，線路本身電氣特性造成的隨即噪聲、信號幅度的衰減、頻和相位的畸變、電氣信號在線路上產(chǎn)生反射造成的回音效應(yīng)、相鄰線路間的串?dāng)_以及各種外界因素（如大氣中的閃電、開關(guān)的跳火、外界強電流磁場的變化、電源的波動等）都會造成信號的失真。在數(shù)據(jù)通信中，將會使接收端收到的二進(jìn)制數(shù)位和發(fā)送端實際發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)位不一致，從而造成由“0”變成“1”或由“1”變成“0”的差錯?！　∫话銇碚f，傳輸中的差錯都是由噪聲引起的。噪聲有兩大類，一類是信道固有的、持續(xù)存在的隨機熱噪聲；另一類是由外界特定的短暫原因所造成的沖擊噪聲。熱噪聲引起的差錯稱為隨機錯，所引起的某位碼元的差錯是孤立的，與前后碼元沒有關(guān)系。由于物理信道在設(shè)計時，總要保證達(dá)到相當(dāng)大的信噪比，以盡可能減少熱噪聲的影響，因而由它導(dǎo)致的隨機錯通常較少。沖擊噪聲呈突發(fā)狀，由其引起的差錯稱為突發(fā)錯。沖擊噪聲幅度可能相當(dāng)大，無法靠提高信號幅度來避免沖擊噪聲造成的差錯，它是傳輸中產(chǎn)生差錯的主要原因。沖擊噪聲雖然持續(xù)時間很短，但在一定的數(shù)據(jù)速率條件下，仍然會影響到一串碼元。例如，一個沖擊噪聲（如一次電火花）持續(xù)時間為10ms,但對于4800bps的數(shù)據(jù)速率來說，就可能對連續(xù)48位數(shù)據(jù)造成影響，使它們發(fā)生差錯。從突發(fā)錯誤發(fā)