【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(jí)數(shù)不可能無(wú)限增加?！　?shù)據(jù)編碼　　編碼與調(diào)制的區(qū)別：　　△用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)——編碼。　　△用模擬信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)——調(diào)制。　　數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼：把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成某種數(shù)字脈沖信號(hào)常見(jiàn)的有兩類(lèi)：不歸零碼和曼徹斯特編碼?！　　鞑粴w零碼（NRZ，NonReturntoZero）二進(jìn)制數(shù)字0、1分別用兩種電平來(lái)表示，常常用5V表示1，+5V表示0。缺點(diǎn)：存在直流分量，傳輸中不能使用變壓器；不具備自同步機(jī)制，傳輸時(shí)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(gè)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(gè)碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來(lái)作為同步信號(hào)。這種編碼也稱為自同步碼（SelfSynchronizingCode）。缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號(hào)速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）?！　　鞑罘致鼜厮固鼐幋a（Differential～）每個(gè)碼元的中間仍要發(fā)生跳變，用碼元開(kāi)始處有無(wú)跳變來(lái)表示0和1，有跳變代表0，無(wú)跳變代表1。　　數(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(hào)對(duì)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(hào)的變化而變化?！鰽SK：用載波的兩個(gè)不同振幅表示0和1?！　　鱂SK：用載波的兩個(gè)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(hào)編碼采樣定理：如果模擬信號(hào)的最高頻率為F，若以2F的采樣頻率對(duì)其采樣，則采樣得到的離散信號(hào)序列就能完整地恢復(fù)出原始信號(hào)。要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語(yǔ)音信號(hào)，語(yǔ)音信號(hào)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)?！　∵@需要經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：　　△采樣：按一定間隔對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣?！　　髁炕簩?duì)每個(gè)樣本舍入到量化級(jí)別上?！　　骶幋a：對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼編碼后的信號(hào)稱為PCM信號(hào)?！　《嗦窂?fù)用技術(shù)復(fù)用：多個(gè)信息源共享一個(gè)公共信道?！　楹我獜?fù)用？——提高線路利用率。適用場(chǎng)合：當(dāng)信道的傳輸能力大于每個(gè)信源的平均傳輸需求時(shí)。復(fù)用類(lèi)型：△頻分復(fù)用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing），△波分復(fù)用WDM（WaveDivisionMultiplexing），△時(shí)分復(fù)用TDM（TimeDivisionMultiplexing）?！　☆l分復(fù)用原理：整個(gè)傳輸頻帶被劃分為若干個(gè)頻率通道，每路信號(hào)占用一個(gè)頻率通道進(jìn)行傳輸。頻率通道之間留有防護(hù)頻帶以防相互干擾?！　〔ǚ謴?fù)用——光的頻分復(fù)用。原理：整個(gè)波長(zhǎng)頻帶被劃分為若干個(gè)波長(zhǎng)范圍，每路信號(hào)占用一個(gè)波長(zhǎng)范圍來(lái)進(jìn)行傳輸。　時(shí)分復(fù)用原理：把時(shí)間分割成小的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片分為若干個(gè)時(shí)隙，每路數(shù)據(jù)占用一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行傳輸。由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個(gè)時(shí)間片的固定時(shí)隙，所以這種時(shí)分復(fù)用也稱為同步時(shí)分復(fù)用。時(shí)分復(fù)用的典型例子：PCM信號(hào)的傳輸，把多個(gè)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(gè)時(shí)間片內(nèi)發(fā)送，每個(gè)時(shí)隙承載一路PCM信號(hào)。　　統(tǒng)計(jì)（異步）TDM——STDMTDM的缺點(diǎn)：某用戶無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該時(shí)隙，將會(huì)造成帶寬浪費(fèi)。改進(jìn)：用戶不固定占用某個(gè)時(shí)隙，有空時(shí)隙就將數(shù)據(jù)放入?！　〔铄e(cuò)控制與語(yǔ)音、圖像傳輸不同，計(jì)算機(jī)通信要求極低的差錯(cuò)率?！　‘a(chǎn)生差錯(cuò)的原因：　　△信號(hào)衰減和熱噪聲；　　△信道的電氣特性引起信號(hào)幅度、頻率、相位的畸變；　　△信號(hào)反射，串?dāng)_；　　△沖擊噪聲，閃電、大功率電機(jī)的啟停等?！　〔铄e(cuò)控制的基本方法是：接收方進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)，并向發(fā)送方應(yīng)答，告知是否正確接收?！　〔铄e(cuò)檢測(cè)主要有兩種方法：　　奇偶校驗(yàn)（ParityChecking）在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位增加一個(gè)奇偶校驗(yàn)位，使結(jié)果中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)（奇校驗(yàn)）或偶數(shù)（偶校驗(yàn)）。例如1100010增加偶校驗(yàn)位后為11100010，若接收方收到的字節(jié)奇偶校驗(yàn)結(jié)果不正確，就可以知道傳輸中發(fā)生了錯(cuò)誤。此方法只能用于面向字符的通信協(xié)議中，只能檢測(cè)出奇數(shù)個(gè)比特位錯(cuò)?！　⊙h(huán)冗余校驗(yàn)（CRC,CyclicRedundancyCheck）差錯(cuò)檢測(cè)原理：將傳輸?shù)奈淮闯上禂?shù)為0或1的多項(xiàng)式。收發(fā)雙方約定一個(gè)生成多項(xiàng)式G（x），發(fā)送方在幀的末尾加上校驗(yàn)和，使帶校驗(yàn)和的幀的多項(xiàng)式能被G（x）整除。接收方收到后，用G（x）除多項(xiàng)式，若有余數(shù)，則傳輸有錯(cuò)。校驗(yàn)和是16位或32位的位串，CRC校驗(yàn)的關(guān)鍵是如何計(jì)算校驗(yàn)和。　差錯(cuò)控制技術(shù)：　　△自動(dòng)請(qǐng)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(cuò)率低、信息量大、可靠性高，并且既經(jīng)濟(jì)又便于使用維護(hù)。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(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)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(gè)數(shù)字脈沖也稱為一個(gè)碼元，N為一個(gè)碼元所取的有效離散值個(gè)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(gè)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(gè)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(lèi)推，若一個(gè)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(gè)碼元僅取兩種離散值時(shí)，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(gè)技術(shù)指標(biāo)：信號(hào)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(hào)傳輸速率表示單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)信道傳輸?shù)拇a元個(gè)數(shù)，也就是信號(hào)經(jīng)調(diào)制后的傳輸速率。若信號(hào)碼元的寬度為T(mén)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(gè)碼元對(duì)應(yīng)于一位二進(jìn)制信息，即一個(gè)碼元；，有兩種有效離散值，此時(shí)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(hào)方式中，一個(gè)碼元對(duì)應(yīng)于兩位二進(jìn)制信息，即一個(gè)碼元有四種有效離散值，此時(shí)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(duì)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(kāi)來(lái)。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(guò)上例可見(jiàn)，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(gè)概念。打個(gè)比喻來(lái)說(shuō)，假如調(diào)制速率是公路上單位時(shí)間經(jīng)過(guò)的卡車(chē)數(shù)，那么數(shù)據(jù)傳輸速率便是單位時(shí)間里經(jīng)過(guò)的卡車(chē)所裝運(yùn)的貨物箱數(shù)。如果一車(chē)裝一箱貨物，則單位時(shí)間經(jīng)過(guò)的卡車(chē)數(shù)與單位時(shí)間里卡車(chē)所裝運(yùn)的貨物箱數(shù)相等，如果→車(chē)裝多箱貨物，則單位時(shí)間經(jīng)過(guò)的卡車(chē)數(shù)便小于單位時(shí)間里卡車(chē)所裝運(yùn)的貨物箱數(shù)?！。骸　⌒诺廊萘勘碚饕粋€(gè)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(shí)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(chē)實(shí)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(wú)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(gè)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(jiàn)，對(duì)于特定的信道，其碼元速率不可能超過(guò)信道帶寬的兩倍，但若能提高每個(gè)碼元可能取的離散值的個(gè)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(gè)碼元可能取的離散值的個(gè)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(shí)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(jī)噪聲干擾的信道的情況，給出了計(jì)算信道容量的香農(nóng)舍式：C=Hlog2（1+S/N）（bps）其中，S表示信號(hào)功率，N為噪聲功率，S/N則為信噪比。由于實(shí)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(lái)計(jì)量，在使用時(shí)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(jiàn)，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(qiáng)調(diào)的是，上述兩個(gè)公式計(jì)算得到的只是信道數(shù)據(jù)傳輸速率的極限值，實(shí)際使用時(shí)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(shí)出錯(cuò)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(cuò)的位數(shù)為風(fēng)，則誤碼率表示為：Pe=Ne/N計(jì)算機(jī)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(cuò)一位?？扇粽`碼率達(dá)不到這個(gè)指標(biāo)，可以通過(guò)差錯(cuò)控制方法進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)?！　《?、編碼技術(shù)　　模擬信號(hào)：是指模擬數(shù)據(jù)在某個(gè)區(qū)間產(chǎn)生連續(xù)的值。例如，聲音和視頻就是強(qiáng)度連續(xù)變化的信號(hào)。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(hào)：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(hào)的線路上傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)（例如，通過(guò)一條公用電話線將數(shù)據(jù)從一臺(tái)計(jì)算機(jī)傳輸?shù)搅硪慌_(tái)計(jì)算機(jī)），在發(fā)送方，數(shù)據(jù)開(kāi)始是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，但是由于電話線只能傳輸模擬信號(hào)，所以數(shù)據(jù)必須進(jìn)行數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換。這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)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(lái)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)這個(gè)過(guò)程叫作解調(diào)。整個(gè)從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)到模擬信號(hào)再到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的過(guò)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）。　　不歸零（NonReturntoZero，NRZ）編碼：在用數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)，信號(hào)的電平是根據(jù)它所代表的二進(jìn)制數(shù)值決定的。一個(gè)正電壓值代表1，而一個(gè)負(fù)電壓值代表0，因而信號(hào)的電平依賴于它所代表的數(shù)值。　　曼徹斯特編碼：在曼徹斯特編碼中，每個(gè)比特中間引入跳變來(lái)同時(shí)代表不同數(shù)值和同步信息。一個(gè)負(fù)電平到正電平的跳變代表0，而一個(gè)正電平到負(fù)電平的跳變則代表1。通過(guò)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?dòng)曼徹斯特編碼：在差動(dòng)曼徹斯特編碼中，用兩個(gè)比特之間的跳變來(lái)代表不同的數(shù)值，在間隙中有跳變的代表0，沒(méi)有跳變的代表1。比特中間的跳變只用來(lái)表示同步信息，不同的數(shù)值通過(guò)在比特間隙是否跳變來(lái)表示?！　∪?、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)　　多路復(fù)用：在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，當(dāng)傳輸介質(zhì)的能力超過(guò)傳輸單一信號(hào)的情況時(shí)，為了有效地利用傳輸系統(tǒng)，希望一個(gè)信道能夠同時(shí)傳輸多路信號(hào)。多路復(fù)用，就是把許多信號(hào)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(shí)分多路復(fù)用（TDM）和統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用（STDM）?！　⊥絺鬏敚菏鞘菇邮斩私邮盏拿恳晃粩?shù)據(jù)信息都要和發(fā)送端準(zhǔn)確地保持同步，中間沒(méi)有間斷，實(shí)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(gè)單位通過(guò)鏈路傳輸，因?yàn)闆](méi)有同步脈沖，接收方不可能通過(guò)計(jì)時(shí)方式來(lái)預(yù)測(cè)下一個(gè)字節(jié)何時(shí)到達(dá)，因而在每個(gè)字節(jié)的開(kāi)頭都要附加一個(gè)0，通常稱為起始位，在每個(gè)字節(jié)尾部還加上一個(gè)或多個(gè)1，被稱為停止位。單工通信：是指在通信鏈路上的兩個(gè)站點(diǎn)，只能一個(gè)發(fā)送信息，另一個(gè)接收。　　半雙工通信：在通信鏈路上的兩個(gè)站點(diǎn)都可以發(fā)送和接收信息，但是不能同時(shí)發(fā)送和接收，當(dāng)其中一個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送信息時(shí)，另一個(gè)站點(diǎn)只能接收，反之亦然?！　∪p工通信：在通信鏈路上的兩個(gè)站點(diǎn)可以同時(shí)發(fā)送和接收信息，即一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送信息的同時(shí)也能接收信息。　　四、差錯(cuò)控制方法　　差錯(cuò)的產(chǎn)生原因及其控制差錯(cuò)控制是指在數(shù)據(jù)通信過(guò)程中能發(fā)現(xiàn)或糾正差錯(cuò)，把差錯(cuò)限制在盡可能小的允許范圍內(nèi)的技術(shù)和方法。信號(hào)在物理信道中傳輸時(shí)線路時(shí)，線路本身電氣特性造成的隨即噪聲、信號(hào)幅度的衰減、頻和相位的畸變、電氣信號(hào)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(kāi)關(guān)的跳火、外界強(qiáng)電流磁場(chǎng)的變化、電源的波動(dòng)等）都會(huì)造成信號(hào)的失真。在數(shù)據(jù)通信中，將會(huì)使接收端收到的二進(jìn)制數(shù)位和發(fā)送端實(shí)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(cuò)?！　∫话銇?lái)說(shuō)，傳輸中的差錯(cuò)都是由噪聲引起的。噪聲有兩大類(lèi)，一類(lèi)是信道固有的、持續(xù)存在的隨機(jī)熱噪聲；另一類(lèi)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(cuò)稱為隨機(jī)錯(cuò)，所引起的某位碼元的差錯(cuò)是孤立的，與前后碼元沒(méi)有關(guān)系。由于物理信道在設(shè)計(jì)時(shí)，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(jī)錯(cuò)通常較少。沖擊噪聲呈突發(fā)狀，由其引起的差錯(cuò)稱為突發(fā)錯(cuò)。沖擊噪聲幅度可能相當(dāng)大，無(wú)法靠提高信號(hào)幅度來(lái)避免沖擊噪聲造成的差錯(cuò)，它是傳輸中產(chǎn)生差錯(cuò)的主要原因。沖擊噪聲雖然持續(xù)時(shí)間很短，但在一定的數(shù)據(jù)速率條件下，仍然會(huì)影響到一串碼元。例如，一個(gè)沖擊噪聲（如一次電火花）持續(xù)時(shí)間為10ms,但對(duì)于4800bps的數(shù)據(jù)速率來(lái)說(shuō)，就可能對(duì)連續(xù)48位數(shù)據(jù)造成影響，使它們發(fā)生差錯(cuò)。從突發(fā)錯(cuò)誤發(fā)