《现代通信技术课件》第四章数据通信.pptVIP

第四章 数据通信,本章内容： 数据通信概述 数据链路传输控制规程 数据传输 数据交换技术 数据通信网,本章重点： 数据通信概念 数据传输技术 数据交换技术,4.1.1数据通信概述,数据通信是依照一定的通信协议，利用数据传输技术在两个终端之间传递数据信息的一种通信方式和通信业务。它可实现计算机和计算机、计算机和终端以及终端与终端之间的数据信息传递。是继电报、电话业务之后的第三种最大的通信业务。,数据,数据是信息的实体，是把事件的属性规范后的表现形式，它能被描述，也可以被描述。数据可以分为模拟数据和数字数据。 声音、视频、图像、温度、整数,信号,信号 是数据的电磁编码，信号中包含了所要传递的数据。信号一般以时间为自变量，以表示消息（或数据）的某个参量（振幅、频率或相位）为因变量。信号按其自变量时间的取值是否连续，可分为连续信号和离散信号；按其因变量的取值是否连续，又可分为模拟信号和数字信号,信号,傅立叶已经证明：任何信号（不管是模拟信号还是数字信号）都是由各种不同频率的谐波组成的，任何信号都有相应的带宽，而且任何信道在传输信号时都会对信号产生衰减。,信号,信号中的大部分能量都集中在一个相对较窄的频带范围之内，因此我们将信号大部分能量集中的那段频带称为有效带宽，简称带宽。任何信号都有带宽。一般来说，信号的带宽越大，利用这种信号传送数据的速率就越高，要求传输介质的带宽也越大。,声音信号,声音信号的频谱大致在20 Hz2000 kHz的范围（低于20 Hz的信号为次声波，高于2000 KHz的信号为超声波 )，但用一个窄得多的带宽就能产生可接受话音的重现 。 话音信号的标准频谱为300 Hz3400 Hz，其带宽为3 kHz。电视信号的频谱为04 MHz，因此其带宽为4 MHz。,数据通信和语音通信有什么不同？ P105-106,数据通信,数据通信不同于电报、电话通信，它所实现的主要是“(通过终端)-机(计算机)”通信与“机-机”通信，但也包括“人(通过智能终端)-人”通信。,数据通信的特点,1、实现的是计算机之间或者人与计算机之间的通信，需要定义严格的通信协议 数据传输的准确性和可靠性高 误码率要求比语音、电视系统小得多 传输速率高 通信持续时间差异较大 数据通信具有灵活的接口功能。,4.1.2数据通信系统的构成,数据通信就是计算机和计算机之间的通信。现代数据通信系统实际上是一个计算机网络，由两部分组成：数据传输系统和数据处理系统。 数据传输指的是通过某种方式建立一个数据传输通道将数据信号在其中传输，它是数据通信的基础； 数据处理的目的是为了使数据更有效、可靠地传输，它包括数据集中、数据交换、差错控制、传输规程等。 研究数据通信系统包括两方面内容：,一方面研究信道的组成、连接、控制及其使用; 另一方面研究信号如何在信道传输和控制。 1、数据通信系统的组成 由终端(DTE)、数据电路和计算机系统三种类型设备组成。如下图所示：,数据终端：,数据终端设备由数据输入设备（产生数据的数据源），数据输出设备（接收数据的数据宿）和传输控制器组成。 数据输入/输出设备是操作人员与终端之间的界面，它把人可以识别的数据变换成计算机可以处理的信息或者相反的过程。 数据输入 / 输出可以通过键盘、鼠标、手写、声、光等手段。,最常见的输入设备是键盘、鼠标、扫描仪；输出设备可以是CRT显示器、打印机、绘图机、磁带或磁盘的写入部分、传真机和各种记录仪等。 传输控制器是通信控制部分，主要执行与通信网络之间的通信过程控制，包括差错控制和通信协议实现等。 数据终端设备的种类很多，如按其使用场合可分为通用数据终端和专用数据终端，按其性能可分为简单终端（如一台只接收数据的打印机）和智能终端（如计算机）等等。,数据电路：,远端的数据终端设备通过数据电路与计算机系统相连。 数据电路由传输信道（通信线路）及两端的数据电路终接设备（ Data Circuit Terminating Equipment 简称DCE ）组成。 数据电路位于DTE和中央计算机系统之间，为数据通信提供数字传输信道。DCE是DTE与传输信道之间的接口设备， DTE产生的数据信号可能有不同的形式，当都表现为脉冲信号，DCE的主要作用是信号变换。,具体地说就是在发送方DCE将来自DTE的数据信号进行变换，消除原数据信号内的直流分量，使信号概率谱与传输信道相适应，并防止数据信号中出现的长串“1”或“0”时可能导致的收发双方的失步，接收方则完成相反的变换。 当传输信道是模拟信道时，发送方将DTE送来的数字信号进行调制（频谱搬移）变成模拟信号送往信道或进行相反的变换，这时DCE是调制解调器（MODEM）。,当传输信道是数字信道时，DCE实际是数字接口设备(数字接口适配器)，其中包含数据服务单元与信道服务单元。前者执行码型和电平转换、定时、信号再生和同步等功能；后者则执行信道均衡、信号整形和环路检测等功能。,计算机系统：,计算机系统由主机、通信控制器(又称前置处理机)及外围设备组成，具有处理从数据终端设备输入的数据信息， 并将处理的结果向相应数据终端设备输出的功能。 主机又称中央处理机，由中央处理单元 (CPU)主存储器、输入/输出设备及其他外围设备组成。其主要功能是进行数据处理。,通信控制器用于管理与数据终端相连接的所有通信线路。 当考察正在通信的一个DTE和计算机系统时，计算机系统等同于一个 DTE，这时的通信控制器的作用与传输控制器相同。 一个计算机系统可通过通信线路连接多个数据终端， 实现主机资源共享。,4.1.3传输代码,数据传输代码（date transmission code） 数据终端设备（DTE）发出的数据信息，一般由字母、数字或符号组成，为了适合传输，按规定的规则变换成的二进制代码。常用的数据传输二进制代码有3种。,国际2号电报码,国际2号电报码 一种五单位代码，也称博多码。由5位二进制码组成，是电报通信中广泛使用的一种代码。通常在电报与计算机通信时使用，低速（50 Bd）数据通信中有时也使用。,国际5号电报码,国际5号电报码 一种用7位二进制码表示一个字母、数字或符号的七单位代码。这种代码1963年由美国标准化协会提出，称为美国信息交换用标准代码，即ASCII码。后来 被国际标准化组织（ISO）和国际电信联盟组织（ITU）采纳，1967年ISO提出建议书，定名为ISO646七单位代码。ITU又将ISO646的七 单位代码定为“数据及信息传输用国际5号代码表”，并于1968年制定出V.3建议。ITU后来又进行修改，制定为T.50建议，同时删除V.3建议。各 国也同时开展了以七单位代码为基础的信息交换用的代码标准化工作，中国参照V.3建议，制定了国家标准信息处理交换用的七位编码字符集（GB 198880）。,国际5号代码表是由128个字符构成的字符集，可分为控制字符和图形字符2类。控制字符 只产生控制功能，不被显示或打印。总共6类：传输控制字符；格式控制字符；代码扩充控制字符；设备控制字符；信息分隔符；其他控制字符。图形 字符为显示或打印的字符，共94个，包括52个大小写英文字母、10个数字和32个图形符号。 字符集中每个字符都是由7位（比特）组成，表示为（b7， b6，b5，b4，b3，b2，b1，）。串行传输时，先发送低位b1，后发送高位b7。,汉字信息交换用代码,汉字信息交换用代码 七单位码将成为信息交换用的标准代码，各国可根据ISO 2022国际标准七单位编码字符集扩充编码方法的有关规定，结合自己的国情需要进行扩充。中国以此为据，制定了GB 198880的数据交换用代码，与国际5号代码等效。在此基础上，中国又制定了GB 231280的汉字信息交换用代码，对每一个汉字都采用2个字节表示，每个字节都采用GB 198880的七单位编码标准，前面字节为第一字节，后面字节为第二字节,4.1.4数据通信的主要性能指标,一般通信系统的性能指标归纳起来有以下几个方面 1.有效性。指通信系统传输消息的 “速率”问 题，即快慢问题。 2.可靠性。指通信系统传输消息 的 “质量”问 题，即好坏问题。 3.适应性。指通信系统适用的环境条件。 4.经济性。指系统的成本问题。 5.保密性。指系统对所传信号的加密措施。这点对军用系统尤为重要。 6.标准性。指系统的接口、各种结构及协议是否合乎国家、国际标准。 7.维修性。指系统是否维修方便。 8.工艺性。指通信系统各种工艺要求。,数据通信系统的主要性能指标,衡量数据通信系统性能的主要指标有工作速率、可靠性和有效性三类，下面分别给予描述。 一、工作速率 工作速率是衡量数据通信系统通信能力的主要指标。通常可采用调制速率、数据传信速率和数据传送速率去描述。,1.调制速率,2.数据传信速率,3.数据传送速率,数据传送速率的定义为单位时间内在数据传输系统的相应设备之间实际传送的平均数据量，又称有效数据传输速率。单位为比特秒(bits)、字符秒或码组秒。,可靠性质量指标,衡量数据通信系统可靠性的指标是传输的差错率，常用的有误码率、误字符率、误码组率等。它们的定义分别为： 误码率接收出现差错的比特数总的发送比特数 误字符(码组)率接收出现差错的字符(码组)数总的发送字符(码组)数,差错率是一个统计平均值，因此在测试或统计时总的发送比特(字符、码组)数应达到一定数量，否则得出的结果将失去意义。,有效性质量指标,4.1.5 数据传输方式,1、并行传输和串行传输 2、异步传输和同步传输 3、基带传输和频带传输,1 并行传输和串行传输,并 行 传 输,00110111 00110101 00100010 00110011 采用串行传输： 00110111 00110101 00100010 00110011 采用并行传输 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1,串 行 传 输,并行传输,并行传输 局域网 距离近，至少有8位数据同时传输。计算机内部的数据多是并行传输,计算机总线结构,串行传输,距离较远的情况，每次由源到目的传输的数据只有一位，如图(b)。成本因素，远距离通信一般采用串行传输技术,串行通信,RS-232-C是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串行物理接口标准 ，一般用于20m以内的通信。 RS-485总线,在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485 串行总线,COM口,COM口即串行通讯端口。微机上的com口通常是9针，也有25针的接口 。一般主板外部只有一个COM口，机箱后面和并口一起的那个九孔输出端（梯形），就是COM1口，COM2口一般要从主板上插针引出。并口是最长的那个梯形口。,RS232接口COM接口,COM口的接口标准规范和总线标准规范是RS-232，有时候也叫做RS-232口。,USB接口,USB(Universal Serial Bus) (通用串行总线)接口 USB逐步成为PC机的标准接口。 USB接口，用一个4针插头作为标准插头两边长的是电源线，中间短的是数据线,常见的USB接口,公头 母头,公头就是凸出来的接头一方 母头就是凹进去准备被接的一方 相应的接口也叫公口和母口,并行接口,并行接口，简称并口，是采用并行通信协议的扩展接口。并口的数据传输率比串口快8倍，标准并口的数据传输率为1Mbps，以前常用来连接打印机、扫描仪等。现在打印机已经开始采用USB口。,串行和并行传输速度,并行数据传输是以计算机的字长，通常是8位、16位、32位为传输单位 。在相同频率下,并口传输的效率是串口的几倍。但随着传输频率的提高，并行传输线中信号线与信号线之间的串扰越加明显，所以这也制约了并行通讯传输频率的提高（达到100MHz已经是很难了）。而串行通信则不然，信号线只有一根（或两根），没有串扰（或不明显），所以传输频率可以进一步提高，足够可以将传输速度超过并行通讯。,单工、双工与半双工,串行数据通信的方向性结构有三种，即单工、半双工和全双工。 单工数据传输只支持数据在一个方向上传输,半双工数据传输允许数据在两个方向上传输(注：在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信),全双工数据通信允许数据同时在两个方向上传输，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。,2同步传输和异步传输,必须严格保证发送端和接收端动作同步！ 异步传输 同步传输 内容包括：码元开始时间和出现频率,异步传输和同步传输,数据通信的一个基本要求是接收方必须知道它所接收的每一位的开始时间和持续时间。满足上述要求的办法有两类：异步传输和同步传输。,同步与异步传输,同步传输,同步传输方式不是对每个字符单独进行同步，而是对一组字符组成的数据块进行同步。,曼彻斯特编码,异步传输,每个字节作为一个单元独立传输，字节之间的传输间隔任意。为了标志字节的开始和结尾，在每个字符的开始加一位起始位，结尾加1位或2位停止位，构成一个个的“字符”。这里的“字符”指异步传输的数据单元，不同于“字节”，一般略大于一个字节。,异步传输,同步传输和异步传输区别,1、异步传输的单位是字符而同步传输的单位是桢。 2、异步传输对时序的要求较低，同步传输往往通过特定的时钟线路协调时序。 3、异步传输相对同步传输，效率较低。 4、异步传输通过字符起止的开始和停止码抓住再同步的机会，而同步传输则是以数据中抽取同步信息。,3、单工、半双工和全双,1. 单工通信 单工通信是指数据信号仅沿一个方向传输，发送方只能发送不能接收，接收方只能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。通信双方设备中发送器与接收器分工明确，只能在由发送器向接收器的单一固定方向上传送数据。采用单工通信的典型发送设备如早期计算机的读卡器，典型的接收设备如打印机。,2半双工通信 半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行，而不能同时进行。通信双方设备既是发送器，也是接收器，两台设备可以相互传送数据，但某一时刻则只能向一个方向传送数据。例如，步话机是半双工设备，因为在一个时刻只能有一方说话。,3全双工通信 全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向作双向传输，全双工通信需要两条信道，一条用来接收信息，一条用来发送信息，因此其通信效率很高。通信双方设备既是发送器，也是接收器，两台设备可以同时在两个方向上传送数据。例如，电 话是全双工设备，因为双方可同时说话。,4.2.1概述 1、数字信号,数字信号可以利用数字信道来直接传输（即基带传输），此时需要解决的问题是数字数据的数字信号表示及收发两端之间的信号同步两个方面。,在基带传输中，数字数据的数字信号编码主要有以下三种方式 ：,非归零码 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码,4.2数据信号传输,不归零码主要依电压的脉冲来表示数据信号。,1. 非归零码（NRZ）,其编码规则是：用低电平表示“0”，用高电平表示“1”，但必须在发送NRZ码的同时，用另一个信号同时传送同步信号。如图所示。,缺点：出现连续的“0”或“1”时，难以分辨复位的起始点，会产生流分量的积累，使信号失真。,前T/2到后T/2的上跳表示：“0” 前T/2到后T/2的下跳表示：“1”,1 0 1 1 0 0,2. 曼彻斯特（Manchester）编码,曼彻斯特编码是利用电压跳变的相位不同来区分“1”和“0” 其编码规则是：每比特的周期T分为前T/2与后T/2。前T/2传送该比特的反码，后T/2传送该比特的原码。如图所示。,3. 差分曼彻斯特（Difference Manchester）编码,其编码规则是：每比特的值根据其开始边界是否发生电平跳变来决定。一个比特开始处出现电平跳变表示“0”，不出现跳变表示“1”，每比特中间的跳变仅用做同步信号 。如图所示。,图 数字数据的数字信号编码示意图,1 0 1 1 0 0,图 常用数字信号编码,2、传输信道及数据信号的传输,目前数据通信系统中的信道主要有三种类型：物理实线传输媒介信道，如双绞线电缆、同轴电缆等；电话网传输信道；数字数据传输信道。这三种信道可以独立应用，也可以以不同方式串接应用,1.物理实线传输信道,(1)双绞线电缆 双绞线是由两条相互绝缘的铜导线扭绞起来构成的，一对线作为一条通信线路。,(2)同轴电缆也像双绞线那样由一对导体组成，但它们是按同轴的形式构成线对。其中最里层是内导体芯线，外包一层绝缘材料，外面再套一个空心的圆柱形外导体，最外层是起保护作用的塑料外皮。内导体和外导体构成一组线对。,2.电话网传输信道,所谓电话网传输信道是指通过用于传输话音信号的电话网络传输数据信号。,3.数字数据传输信道,采用PCM数字信道作为数据信号传输信道称为数字数据传输信道。 为适应前述三种类型传输信道，有三种数据信号传输的基本方法，即基带传输、频带传输或称调制传输及数字数据传输。,4.2.2、数据传输的基本形式,基带传输 所谓基带，就是指电信号所固有的基本频带。 数字信号的基本频带是从0开始至某一频率的,这个频率由传输速率决定。 当利用数据传输系统直接传送基带信号，不经过频谱搬移时，称之为基带传输，这种数据传输系统就称之为基带传输系统。,频带传输,所谓频带传输，就是把二进制信号(数字信号)进行调制变换，使之成为能在公用电话网中传输的音频信号(模拟信号)，该音频信号通过传输介质传送到接收端后，再由解调器解调还原成原来的二进制电信号。 所以频带传输是利用公用电话网的音频话音信道进行数据传输。,宽带传输,宽带是指比音频带更宽的频带。 使用这种宽频带传输的系统，称为宽带传输系统。它可以容纳全部业务，并可进行高速数据传输。宽带传输系统大多是模拟信号传输。 一般来说，与基带传输相比，宽带传输有以下优点： 能在一个信道中传输声音、图像和数据信息,使系统具有多种用途；,一条宽带信道能划分成多条逻辑基带信道，实现多路复用，因此信道的容量大大增加； 宽带传输的距离比基带远。 数字数据传输 数字数据传输采用PCM数字信道作为数据信号传输信道称为数字数据传输信道。 由于每一数字话路的传输速率为 64Kbit/s，所以，每一话路可复用5路9600bit/s或10路4800bit/s的数据。,这种传输系统的传输速率高，传输质量好，对长距离的数据传输是比较理想的数据传输信道，另外，不需要调制解调器，是当前大力发展的一种数据传输方式。 但是，采用数字传输要求全网的时钟系统保持同步，因此这种数字数据传输方式的灵活性不如模拟传输方式。,3、同步传输与异步传输,如上面所述，利用PCM数字信道传输数据信号,首先要解决一个问题：数据信号如何进入 PCM话路的问题。有两种情况： 同步方式 这里的“同步”是指数据终端设备 DTE发出的数据信号和待接入的PCM信道的时钟是相互同步的,即DTE发出的数据信号在速率和时间上都受到PCM信道的时钟控制。因此只需要对数据信号进行多路复用。这种方式中，数据终端设备处于受控制的从属地位，因此灵活性差。,异步方式,如果DTE发出数据信号的时钟与PCM信道时钟是非同步的，即没有相互控制关系，则称为异步方式。这时的数据信号可采用填充方式复用到64Kb it/s的集合信号。填充方式可分为比特填充、字符填充两种方式。 比特填充方式 采用缓冲存储器使输入输出信号同步。 其原理是首先将多路数据信号复用成零次群，然后输入缓冲存储器，但按PCM系统的时钟读出.速率差通过插入脉冲来调节。 字符填充方式（不要求）,数字数据传输的包封方式,在数字数据传输中，CCITT(现为ITU-T)颁布了X.50建议和X.51建议来规范将用户数据流复用成64Kbit/s的复用信号的包封方法。 其中X.50建议规定采用的6+2包封格式，X.51建议规范是采用 8+2的包封格式。这两种包封格式如下图所示。,(b) (8+2)包封方式,S：状态比特；A：包封同步比特；D：数据比特,在图中， X.50的包封由8个比特构成，6个比特为数据比特，2个比特为同步和管理比特，F比特在复用时构成复用帧的帧同步比特；S 比特表示本包封中数据的状态，例如，S=1 表示本包封中的D比特为数据信息，S=0 表示本包封内的 D 比特为控制信息 (如信令等)。,F：帧同步比特；D：数据比特；A：状态比特,(b) (6+2)包封方式,在 X.50包封中，6/8为数据信息比特，2/8为同步和管理比特。所以，64Kbit/s的6/8，即 48K bit/s用于数据信息的传输， 64Kbit/s的2/8，即 1 6Kbit/s用于同步和管理信息的传输。 因而，一个 64Kbit/s的的话路可以传送 5路9600bit/s的数据信号；或传送 10路 4800bit/s的数据信号。 X.51的情况与X.50的情况类似，只是8/10用于传输数据信息。但是，一个 64Kbit/s 的的话路同样只能传送 5 路 9600bit/s 的数据信号； 或传送10 路 4800bit/s 的数据信号。 当前国际上较多采用X.50的6+2=8包封复用.,4.3差错控制方式,数据通信要求信息传输具有高度的可靠性，即要求误码率足够低。然而，数据信号在传输过程中不可避免地会发生差错，即出现误码。 造成误码的原因很多，但主要原因可以归结为两个方面： 一是信道不理想造成的符号间干扰； 二是信道上存在的噪声和外部各种干扰对信号的干扰。 对于前者通常可以通过均衡方法予以改善甚至消除，因此，常把信道中的噪声作为造成传输差错的主要原因。,所以，差错控制是针对噪声干扰而采取的技术措施，其目的是提高传输的可靠性。 计算机与计算机之间的数据传输要求误码率低于109。现实信道的误码率情况是达不到数据传输的误码率要求的。若要显著到降低Pe数量，提高数据传输、数据交换的可靠性，就需要具有检错和纠错的功能。 差错控制的核心是差错控制编码。,基本思想： 在发送端被传送的信息码序列的基础上，按照一定的规则加入若干“监督码元”后进行传输，这些加入的码元与原来的信息码序列之间存在着某种确定的约束关系。 在接收数据时，检验信息码元与监督码元之间的既定的约束关系，如该关系遭到破坏，则在接收端可以发现传输中的错误，乃至纠正错误。 可以看出，用纠(检)错来控制差错的方法来提高数据通信系统的可靠性是以牺牲有效性为代价换取的。,差错控制方法,常用的差错控制有三种： 自动重发请求方式 自动重发请求方式原理图参见下图：,能够检测错误的码,反向应答信号,自动重发请求方式即检错重发方式，简称ARQ.这种差错控制方式在发送端对数据序列进行分组编码 ，加入一定多余码元使之具有一定的检错能力，成为能够发现错误的码组。 接收端收到码组后，按一定的规则对其进行有无错误的判别，并把判决的结果(应答信号)通过反向信道送回发送端。如有错误，发送端把前面发出的信息重新传送一次，直到接收端认为已正确接收到信息为止。 在具体实现检错重发系统时，通常有 3 种形式,即：停发等候重发、返回重发和选择重发。,前向纠错方式,在前向纠错系统中，发送端的信道编码器将输入数据序列变换成能够纠正错误的码 ( 例如汉明码)，接收端的译码器根据编码规律检验出错误的位置并自动纠正。 由于能自动纠错，不要求检错重发，因而延时小，实时性好。,前向纠错方式的原理图如下：,能够纠正错误的码,前向纠错方式不需要反馈信道，特别适合于只能提供单向信道的场合。例如卫星通信传播时延为0.5s，而且重发费用很大。 缺点是所选择的纠错码必须与信道的错码特性密切配合，否则很难达到降低错码率的要求；为了纠正较多的错码，译码设备复杂，而要求附加的监督码也较多，传输效率低。 因此，过去单独使用这种控制方式的不很多。 但是随着编码理论和微电子技术的发展，译码设备成本降低，加之这种方式具有能实现单向通信和控制电路简单的优点，因而在实际应用中日益增多。,混合纠错方式,在这种系统中，发送端发出同时具有检错和纠错能力的码，接收端收到码组后，检查错误情况,如果错误少于纠错能力，则自行纠正；如果干扰严重，错误很多，超出纠正能力，但能检测出来，则经反向信道要求发送端重发。,准确地应叫混合纠错检错方式，是前向纠错和检错重发方式的结合。其原理图如下：,能够检错和纠错的码,反向应答信号,混合纠错检错方式在实时性和译码设备复杂性方面是前向纠错和检错重发方式的折衷，因而近几年来，在数据通信系统中采用较多。 (4)、信息反馈 P139,检错和纠错的基本原理,1、基本原理 所谓差错控制编码实际上就是在保持信息的位数不变的情况下，采用增加码长的方法来降低误码率。具体来说： 码的检错和纠错能力是用信息量的冗余度来换取的。 一般信息源发出的任何消息都可以用二进制信号 “0”和 “1”来表示。例如，要传送A和B两个消息，可以用 “0”码来代表A， 用 “1”码来代表 B.,在这种情况下， 若传输中产生错码，即 “0”错成“1”，或 “1”错成 “0”，接收端都无法发现。因此这种编码没有检错和纠错能力。 为什么上页的编码没有检错和纠错能力呢？ 因为它们没有增加信息的码长，没有信息量的冗余度。而是A、B与 “0”、“1”之间2对2的关系. 如果我们增加一位码 (监督码)，并按一定的规律编码如下： A：00 B：11 后面1位是加入的监督码。,即用两位码取代一位码，编码规律是监督位与信息位相同，00和11称为许用码组。而另外的两种组合：01和10称为禁用码组。 因此在发送端发出的码组只能是许用码组“00”或“11”，那么，如果在接收端收到禁用码组“01”或者“10”，则我们可以判定数据码组在传输中，发生了且发生了一位错码。 通过上面的讨论，我们可以得到结论，加入一位监督码可以检查出一位错码。 那么能否检查两位错码吗？,当出现两位错码后，必然从一个许用码组错成另一个许用码组，因此，接收端收到许用码组，当然就发现不了错误，所以加入一位监督码不能检查出两位错码。 所以能不能检查出几位错码，关键是看最少错几位码就能从一个许用码组错成另一个许用码组. 第二个问题现在是能不能纠正一位错码。 要纠正一位错码，必须满足两个条件，一是确定本码组发生了一位码错，二是必须确定错码位置。 下面我们以为01例来说明：,01是禁用码组，可以肯定是发生了一位错，但是01既可能是由00第二位码错而得来，即 “1”位错，也可能是由11第一位码错而得来，即 “0”位错。两者都可能而且概率一样大。 对于这种两种都有可能且概率又一样大的情况，按概率论说就是最不确定的事件，与掷硬币的道理一样。因而无法确定01的错码位置。对于10这个禁用码组情况也是一样。 所以可以得到的结论是：不能纠正一位错码。 那么怎样才能纠正一位错码呢？,只有再加一位监督码，进一步增加编码的冗余度。 加码的规律及情况如下： A：000 B：111 后面2位是加入的监督码。 加监督码的规律与前相同，但是，由于码组的长度是3，所以禁用码组应有6组： 001、010、100、110、101、011 按前面的分析方法，我们可以看出，这种编码方式可以检查出 1位和两位错码，但是不能检查出三位错码。 能纠正几位错码呢？只能纠正一位错码。,下面我们以100为例来说明： 通过讨论可以得出，100既可能是 A信息000的第一位码“0”错成“1”，也可能是B信息111的后两位码“11”错成“00”。但是两种情况发生的概率不一样，发生一位错的概率远大于发生两位错的概率。 所以我们得到结论，加入 2位监督码就可以纠正1位错码。 注意不能纠正2位错码。 通过上面的讨论可知：加入2 位监督码可以检出两位和两位以下的错码以及纠正一位错码。,如果本例的编码应用于前向纠错，可以纠正一位错码，两位和三位错码不能纠正，那么是否是只能纠正三分之一的错误呢？残余的误码率是多少数量级呢？ 通过讨论我们可以得出：一位错出现的概率远远大于出现二位和三位错的概率之和。所以能纠正一位错就能纠正绝大多数错误，而且残余的误码率的数量级已满足数据通信的要求了。所以今后学习的纠错码一般只要求纠正一位错码。 由此可见，纠错编码之所以具有检错和纠错能力，是因为在信息码之外附加了监督码。,监督码不载荷信息，它的作用是用来监督信息码在传输中有无差错，对接收端的用户来说是多余的，最终也不传送给用户，但