第1章 数据通信基础

1、第1章 数据通信基础数据通信网的组成数据通信网传输技术数据通信网交换技术数据差错控制技术重点数据通信系统的构成、特点和主要性能指标；数据通信网中常用的传输技术和交换技术；信道复用技术和数据的差错控制技术。难点分组交换技术和循环码1.1.1数据通信的组成和分类1数据通信网的组成 数据通信网是一种使用转接交换设备和传输链路，将处于不同地理位置的数据终端设备互连起来，实现通信和信息交换的网络。如图所示。 包括：转接交换设备 传输链路 用户终端设备数据终端设备数据终端设备转接交换设备转接交换设备传输链路传输链路骨干网骨干网用户接入网用户接入网数据通信网的组成2数据通信网的分类（1）按服务的对象分类公用

2、数据通信网：即公众网。它是向全社会开放的数据通信网，由国家电信部门经营，是国家电信网的主体。专用数据通信网：它是为满足各专业性行业通信的需要而建设的专用数据通信网。如军队、铁路、石油、水利电力、煤炭等部门自建或向电信部门租用电路建设的专供本部门业务使用的数据通信网。专用数据通信网也是国家数据通信网的重要组成部分。（2）按数据通信网的服务范围分类局域网（LAN）：通信距离一般控制在几公里以内，覆盖范围一般是一个房间、一幢大楼、一个校园和一个企业。广域网（WAN）：通信距离可达几十至几千公里，也叫远程网。它可以覆盖一个国家或地区，甚至横跨几个洲，形成国际性的远程网。Internet就是典型的广域网

3、。城域网（MAN）：通信距离介于局域网和广域网之间，约为几十公里。城域网的设计目标主要是满足一个城市范围内大量的企业、机关、学校等多个局域网互联的需求。（3）按数据通信网的拓扑结构分类总线网：总线拓扑结构采用一个信道（总线）作为传输介质，所有站点通过相应的接口直接连接到这一公共传输介质上。星型网：星型拓扑结构是由中央结点和连接到中央结点的各个站点组成。环型网：环型拓扑结构由站点和连接站点的链路组成一个闭合环。网型网：网型拓扑结构中，在大多数情况下，一个结点至少和两个以上的结点相连。当所有结点之间均有直达通路连接时，就成为全连通的网络拓扑。混合网：混合网一般由网型网和星型网组合而成。数据通信网的

4、拓扑结构分类(e) (e) 总线结构总线结构(a) (a) 星型结构星型结构(b) (b) 环型结构环型结构(c) (c) 网型结构网型结构(d) (d) 树形结构树形结构3数据通信网的发展趋势数字化就是在数据通信网上全面使用数字技术，包括信息的数字化以及传输和交换的数字化等。宽带化是适应人们对大量信息的需求而出现的，只有通过宽带高速信道才能传送质量达到演播室水平的话音信号、高清晰度视频信号和高速的数据信号。综合化包括两重含义，即业务综合和网络的融合。智能化是指数据通信网中引入更多的智能部件，构成智能网（IN），从而提高网络和业务的应变能力；它可以对网络资源进行动态分配，随时提供满足各类用户需

5、要的业务。个人化即个人通信，指无论任何人在任何时候，位于任何地方都能自由地与世界上其他任何人进行通信。标准化是指数据通信网在发展中不断制定或修订全国乃至国际统一的数据通信网络标准。1.1.2 数据通信系统的构成数据通信系统是通过数据电路将分布在远地的数据终端设备与计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。是组成数据通信网的基础。典型的数据通信系统主要由中央计算机系统、数据终端设备（DTE）、数据电路三部分构成。数据通信系统组成1数据终端设备数据终端设备（Data Terminal Equipment，DTE）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

6、传输控制器组成。2数据电路数据电路由传输信道（传输线路）及其两端的数据电路终接设备（Data Circuit Terminating Equipment，DCE）组成。3中央计算机系统中央计算机系统由通信控制器（或称前置处理机）、主机及外围设备组成，具有处理从数据终端设备输入的数据信息，并将处理结果向相应的数据终端设备输出的功能。1.1.3 数据通信的特点通信的对象有机器参与数据传输的可靠性要求高数据通信量的突发性较为严重数据通信网应提供足够灵活的接口能力数据通信的信息传输效率很高1.1.4 数据通信的主要性能指标1有效性质量指标有效性质量指标是衡量系统传输能力的主要指标，通常从码元速率、信息

7、速率、数据传送速率、功率利用率和频带利用率等方面来考虑。（1）码元速率（或称调制速率）。每秒钟传输数据信号码元的数目称为码元速率。单位：波特（B），用符号RB表示。虽然数字信号有多进制与二进制之分，但码元速率与信号的进制无关，它只与码元宽度T有关。RB = 1/T 波特 式中: T为码元宽度（2）信息速率（或称数据传信速率）每秒钟传输的信息量称为信息速率。单位：比特/秒（bit/s），用符号Rb表示。比特是英文binary digit的缩写，在信息论中作为信息量的度量单位。信息量是衡量各种不同消息中包含信息多少的标准。通常用符号I表示。每个码元的信息量为:I = log2 1/P = log2

8、 N (bit)所以,信息速率为:Rb = I RB = RB log2 N (bit)（3）数据传送速率单位时间内在数据传输系统中的相应设备之间传送的比特、字符或码组平均数。单位：比特/秒（bit/s）、字符/秒或码组/秒。定义中的相应设备常指调制解调器、中间设备或数据源与数据宿。（4）功率利用率数据通信传输系统的功率利用率用系统信噪比来描述。在保证系统传输质量的条件下，系统所需要的最低归一化信噪比定义为系统的功率利用率。（5）频带利用率频带利用率用系统单位频带内所实现的信息传输速率来衡量。表示为 = Rb / B = RB log2 N / B (bit/s/Hz)式中， B为系统所需的传

9、输带宽，Rb为系统的信息速率。2可靠性质量指标数据通信系统的可靠性主要用差错率来表示。差错率可以有多种定义，在数据通信中，一般采用误码率、误比特率、误字符率或误码组率等指标来表示。（1）误码率在系统传输的码元总数中发生差错的码元数所占的比例称误码率。记为 式中，n是在一定时间内系统传输的码元总数；ne是在相同时间内传输中产生的错码数。nnpene lim（2）误比特率系统在传输中发生差错的比特数占传输总比特数的比例称误比特率。记为 式中，n是在一定时间内系统传输的比特总数；nb是在同一时间内传输中产生的错比特数。对于二进制数据信号，误码率和误比特率相等。而对于多进制数字信号，其误码率总是大于等

10、于误比特率。nnpbnb lim（3）误字符率或误码组率系统在传输中发生差错的字符（码组）数占传输总字符数（码组）的比例称误字符（码组）率。记为误字符（码组）率 100%差错率是一个统计平均值，因此在测量和统计时，总的传输码元、比特、字符或码组数应达到一定数量，否则测出的结果将失去意义。数传输总的字符(码组)(码组)数传输中发生差错的字符1.2.1 传输介质1双绞线双绞线是由按一定密度的螺旋结构排列的两根包有绝缘层的铜线，外部再包裹屏蔽层或橡塑外皮而构成。之所以要绞在一起，是因为两根平行的线会构成一个很好的天线。当两根线绞在一起后，不同线产生的干扰波会相互抵消，辐射会显著的减少。一般在一根电缆

11、中包含多对双绞线，线对数量视用途在2对1800对之间，连接计算机终端的双绞线通常包含4对双绞线。双绞线电缆分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线两大类。双绞线电缆按传输质量分为1类6类，局域网中常用的为5类双绞线，其传输特性最高至100MHz，用于语音和最高传输速率为155Mbit/s的数据传输。五类非屏蔽双绞线五类屏蔽双绞线非屏蔽双绞线（UTP）电缆的优点： 物理特性：抗干扰能力强，传导率良好。 传输特性：可传输模拟信号也可传输数字信号。 连通性：可用于点到点的连接，也可用于多点的连接。 地理范围：在几公里以内传输较容易。 抗干扰性：低频传输时，双绞线抗干扰性优于同轴电缆。 使用安装：价格较便宜，非常

12、容易安装。2 2电缆同轴电缆由两个导体组成，是一个空心圆柱形网状导体围裹着一个实心导体的结构。内部导体可以是单股的实心导线，也可以是多股的绞合线；外部导体可以是单股线，也可以是编制的网状线。内部导体用固体绝缘材料固定；外部导体用一个罩或者屏蔽层覆盖。同轴电缆的优点： 物理特性：频率范围较宽。 传输特性：粗电缆的抗干扰性能好，传输距离远。细电缆的价格便宜，传输距离近。 连通性：适于点到点及点到多点的连接。 地理范围：距离大，几千米甚至几十千米。 价格：高于双绞线，低于光纤。3光缆光纤是一种能够传导光信号的介质。通常所用的光缆都是由若干根光纤组成。有许多种玻璃和塑料都可用来制造光纤。光纤由纤芯、包

13、层两部分构成。二者由两种光学性能不同的介质构成。其中，纤芯为光通路；包层由多层反射玻璃纤维构成，用来将光线反射到纤芯上。实用的光缆外部还须有一个保护层。光纤可以分为单模和多模两种传输方式，单模提供单条光通路；多模光纤，即发散为多路光波，每一路光波走一条通路。单模光纤因为衰减小而具有更大的容量，但是它的生产要比多模光纤困难。光纤的特点： 物理特性：按波长范围可分成三种：0.85m，1.3m，1.55m。 传输特性：数据传输率可达几千Mbit/s，传输距离达几千米。 连通性：普遍用于点到点的链路。 地理范围：6km8km的距离内不用中继器。 抗干扰性：不受电磁波干扰，不受噪声影响。 价格：光纤的价

14、格在逐步降低，而且随着技术的改进，光纤的价格还会大幅下降。4无线介质利用无线信道进行信息的传输是在运动中通信的唯一手段。无线传输使用的频段很广，包括无线电、微波、红外线和可见光。无线电通信在数据通信中占有重要地位。在计算机通信中，用的最多的是微波。微波的频率范围300MHz300GHz。微波在空间主要是直线传播，它有地面微波接力通信和卫星通信两种主要方式。 电磁波谱图（1）微波中继（接力）通信微波中继通信是利用电磁波在对流层的视距范围内传输的一种通信方式，目前使用的频率一般在1GHz20GHz之间。由于受地形和天线高度的限制，两站间的通信距离一般为30km50km。因此，长距离传输时，必须建立

15、多个中继站。微波接力通信可传输电话、电报、图像、数据等信息。主要优点是：通信信道容量大；传输质量较高；建设投资少，见效快。主要缺点是：相邻站之间必须直视，不能有障碍物；有时会受恶劣气候的影响；隐蔽性和保密性较差；使用和维护耗费较大。（2）卫星通信卫星通信需要通信卫星。实际上，通信卫星就是一个挂在天空的微波中继器。它包含多个异频发射应答器，每一个异频发射应答器都在监听频谱的某一部分，对进来的信号进行放大，然后在另一个频率上将放大后的信号重新发射出去，这样做可以避免和进来的信号相互干扰。向下的波束可以很宽，从而覆盖地球表面相当大一部分。也可以很窄，从而仅覆盖几百公里直径的区域。高度（高度（km）类

16、型类型时延（时延（ms）需要的卫星数需要的卫星数上范艾伦带上范艾伦带下范艾伦带下范艾伦带低地球轨道卫星低地球轨道卫星中地球轨道卫星中地球轨道卫星地球同步轨道卫星地球同步轨道卫星卫星通信的适合高度及特性卫星通信系统是由空间分系统、地球站群、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统四大部分组成的。卫星通信特点：通信距离远，且通信费用与通信距离无关。尤其是当通信距离超过某一定范围，每话路的成本可低于地面微波通信；卫星通信的频带很宽，通信容量大，信号所受到的干扰较小，通信比较稳定，质量和可靠性都优于地面微波通信；卫星通信具有较大的传播时延。卫星通信非常适合于广播通信，因为它的覆盖面很广，但卫星通信系统的保

17、密性较差。红外线：工作频率为10111014Hz。通过发送或接收电信号调制的非相干红外线，即可形成一条通信链路。只要收发机处于视线内，就可准确地进行通信，通信的方向性很强，几乎不受外界干扰。激光：工作频率为10141015Hz。利用对相干激光的调制解凋，可实现激光通信。5综合布线系统在现代化的高层建筑物中，弱电信号的管路设计一般包括以下几种应用系统：电话通信系统；计算机网络系统；闭路电视系统；消防控制系统；保安监视系统；空调控制系统；自动电梯控制系统等。传统的设计方法是各个应用系统都有各自的一套管路，敷设各自的专用线路，这使得大楼内的各个管道线路纵横交错、错综复杂，由此带来的问题是：多套管道系

18、统，造成冗余投资；信号线型复杂，没有互换性，给备用、维护及排错造成极大的困难；各个系统都要配备维护和管理人员，浪费人力；每个系统的伸缩性和扩充性都较差。综合布线系统的主要特点是：主要采用3类、5类无屏蔽双绞线（UTP），1类屏蔽双绞线（STP）以及光纤作为传输介质，通过各种配接线架、接线盒和转接器，将电话网、计算机数据网以及各种控制信号传输网进行统一布线、设计和管理。整个系统由多个子系统组合而成，各个子系统既相对独立，彼此间又相辅相成，任何子系统的改动都不会影响其它子系统。当系统中的设备增减或迁移时，可在不影响系统工作状态下经过微调就可完成。可完成下列信号的综合传输：电话系统的话音信号；计算机

19、系统的数字信号；安全监控系统的视像信号；闭路电视信号；建筑物内的传感信号等。综合布线系统采用结构化设计，通常分为六个子系统，它们分别是：建筑群主干子系统。设备间子系统。管理区子系统。垂直主干线子系统。水平支干线子系统。工作区子系统。1.2.2 信道容量1有扰模拟信道的信道容量信息论中的香农定律给出了有扰模拟信道容量的计算公式。香农定律指出，在信号平均功率受限的高斯白噪声信道中，计算信道容量的理论公式为： (bit/s)这就是著名的香农信道容量公式，简称香农公式。NSBC1log2（1）任何一个信道，都有它的信道容量。如果信息源的信息传输速率R小于或等于信道容量C，则在理论上存在一种方法，即通过

20、适当的编码，使得信息源的输出能以任意小的差错率通过信道进行传输；如果RC, 那么无差错传输在理论上是不可能的。（2）信道容量C与带宽B和信噪比S/N有关。对于给定的信道容量C，若减小带宽B，则必须增加信噪比S/N，即必须提高信号强度；反之，若有较大的传输带宽，则可用较小的信噪比。（3）当信道的噪声为高斯白噪声时，式中的噪声功率不是常数，而是与带宽B有关。（4）如果考虑到信道容量CI/T，得：式中，I为传输的信息量，T为传输时间。此式表明，当S/N一定时对于给定的信息量I可以用不同的带宽B和传输时间T的组合来进行传输。也就是说，B和T之间也存在某种互换关系。NSTBI1log22有扰数字信道的信

21、道容量数字信道可传输离散取值的数字信号。典型的数字信道是平稳、无记忆、对称、离散的信道。它既可以是二进制的，也可以是多进制。离散：输入空间X和输出空间Y均为离散事件集。对称：任何数码正确传输和错误传输的概率与其他数码一样。无记忆：输出Y只和当前输入X有关，与前面的值无关。平稳：对任何码元来说，正确或错误传输的概率都与发生的时间无关。例如：二进制离散、无记忆、对称信道。 正确接收概率：1-Pe 错误接收概率：Pe 信道容量： C=1+ Pe log2Pe+（1Pe）log2（1Pe） Rb (bit/s)00111-Pe1-PePePe信道信道1.2.3 通信方式单工：数据传输是两数据站之间只能

22、沿一个指定的方向进行数据传输。半双工：数据传输是两数据站之间可以在两个方向上进行数据传输。全双工：数据传输是在两数据站之间，可以在两个方向上同时进行数据传输。1.2.4 传输技术1串行传输与并行传输（1）串行传输构成数据代码的若干位串行排列成数据流，在一条信道上传输。（2）并行传输并行传输是指，构成数据代码的每一位分别在不同的并行信道上传输。1 11 10 00 0DTEDTE0 01 12 2n-1n-1信号地信号地n-1n-1DTEDTE0 01 12 2信号地信号地并行传输并行传输DTEDTE信号地信号地DTEDTE1 0 0 1串行传输串行传输2同步传输与异步传输（1）异步传输异步传输

23、中，每次传送一个字符代码（58bit），即在发送每一个字符代码的前面均加上一个“起”信号，其长度规定为一个码元长，极性为“0”。后面均加上一个“止”信号，对于国际电报2号码，“止”信号长度为1.5个码元长，对于国际5号码或其它代码时，“止”信号长度为1或2个码元长，极性为“1”。异步传输异步传输起起一个字符一个字符止止起起一个字符一个字符止止10（2）同步传输同步传输是以固定时钟节拍来发送数据信号的。在串行数据码流中，各信号码元之间的相对位置是固定的，接收端要从收到的数据码流中正确区分发送的字符，必须建立位同步和帧同步。位同步又叫比特同步，其作用是使数据电路终接设备接收端的位定时时钟信号和DC

24、E收到的输入信号同步，以便DCE从接收的信息流中正确识别一个个信号码元，产生接收数据序列。SYN字符字符SYN字符字符SOH字符字符EOT字符字符信息字符信息字符数据信号数据信号同步传输同步传输时钟信号时钟信号3基带传输与频带传输（1）基带传输基带传输是指传输的信号是基带信号，这里所说的“基带”是基本频带的意思，是相对于调制后的频带信号而言，基带信号就是未经调制的原始信号。这里所说的“调制”是指为适合信道传输而对信号进行的某种变换。基带传输系统的基本结构模型由发送滤波器、传输信道、接收滤波器和抽样判决器组成。发送发送滤波器滤波器基带脉冲输入基带脉冲输入传输信道传输信道接收接收滤波器滤波器干扰干

25、扰y(t)x(t)y (t)输出输出抽样抽样判决器判决器NRZ编码在NRZ编码中，用正电压表示l，用负电压表示0，并且在一个码元持续时间内，电压均无需回到零，故称不归零码。NRZ编码的主要优点：脉冲宽度越大，发送信号的能量就越大，这对于提高接收端的信噪比有利。脉冲时间宽度与传输带宽成反比关系，即全宽码在信道上占用较窄的频带。NRZ编码的主要缺点：当出现连续0或连续1时，首先是难以分辩一位的结束和另一位的开始，这需要通过某种方法在发送端和接收端提供同步或定时。NRZ编码会产生直流分量的积累问题，这将导致信号的失真与畸变，使传输的可靠性降低，并且由于直流分量的存在，使得无法使用一些交流耦合的线路和

26、设备。曼彻斯特编码在曼彻斯特编码中，用电压跳变的相位不同来区分1和0，即用正的电压跳变（由低到高）表示0；用负的电压跳变（由高到低）表示1。因此，这种编码也称为相位编码。由于跳变都发生在每一个码元的中间，接收端可以方便地利用它作为位同步时钟，因此这种编码也称为自同步编码。以太网（Ethernet）采用的是这种曼彻斯特编码。差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码是曼彻斯特编码的一种修改形式。其不同之处在于：每位的中间跳变只用于作同步时钟信号；而0和1的取值判断是用位的起始处有无跳变来表示（若有跳变则为0；若无跳变则为1）。这种编码的特点是每一位均用不同电平的两个半位来表示，因而始终能保持直流的平衡。这

27、种编码也是一种自同步编码。令牌环（Token Ring）采用的是这种差分曼彻斯特编码。（2）频带传输频带传输系统与基带传输系统的区别在于增加调制（在发端）和解调（在收端）装置，以完成信号频谱的变换。调制解调器简称为Modem。噪声数 据 基带信号发送低通调 制发送带通信 道取样判决解 调接收带通接收低通数据基带信号频带传输基本结构幅移键控法ASK（Amplitude shift Keying）：用载波信号的两个不同振幅来表示两个二进制值。在有些情况下，用振幅恒定载波的存在与否来表示两个二进制字。ASK方式易受增益变化的影响，是一种效率较低的调制技术。在音频电话线路上，通常只能达到1200bit

28、/s的传输速率。频移键控法FSK（Frequency Shift Keying）：用两个不同的载波频率来表示两个二进制值。这种调制方式不易受干扰的影响，比ASK方式的编码效率高。在音频电话线路上，其传输速率为l200bit/s或更高。相移键控法PSK（Phase Shift Keying）：用载波信号的两个不同相位来表示两个二进制数据。1.2.5 信道复用技术信道复用技术是一种将两个或多个彼此独立的信号合并为一个复合信号，在一条公用信道上进行传输的技术，信道复用技术分为频分复用技术、时分复用技术、码分复用技术和波分复用技术。信道复用技术可以提高信道的利用率，长距离传输时一般都使用信道复用技术。

29、1频分复用技术频分多路复用是指各路信号同时在同一信道中传输时占用不同的频带。12Nf1f2fN频频分分多多路路复复用用器器频频分分多多路路复复用用器器12N2时分复用技术时分多路复用是指各路信号同时在同一信道中传输时占有不同的时间间隔。具体来说就是把时间分成均匀的时间间隔，将每路信号分配在不同的时间间隔内传输，以达到互相分开的目的。时分多路复用器时分多路复用器时分多路复用器时分多路复用器N N个输入个输入N N个输出个输出Ts1 Ts2 Tsn3码分复用技术码分复用技术又称码分多址技术，是用于移动通信、无线计算机网络以及移动性计算机联网通信的一种复用技术。码分复用技术是基于码型分割信道，每一个

30、用户分配一个地址码，这些地址码码型互不重叠，以区分每一个用户。4波分复用技术波分复用技术主要用于全光纤组成的计算机网络，它是一种将光纤信道划分为多个波段，在同一时刻进行多路传送的复用技术。1.3.1 电路交换电路交换的通信过程包括3个阶段：电路建立阶段：通过呼叫信令完成逐个节点的接续过程，建立起一条端到端的电路。数据传输阶段：在已建立的端到端直通电路上传输数据。电路拆除阶段：完成一次数据传输之后，拆除该电路的连接，释放节点和信道资源。电路交换通信过程示意图交换机交换机发收请求发送拨号拨号可询问信息呼叫应答通信可响应信息通信可通信请求拆线断开信息断开指示确认断开确认1.3.2 报文交换报文是指具

31、有完整消息含义的数据单元，例如电报、电子邮件、计算机文件及事务查询应答等。报文交换不必要求交换网为通信的双方预先建立一条专用数据通路，因此也就不存在建立电路和拆除电路的过程。报文交换通信过程示意图1.3.3 分组交换分组交换也属于“存储/转发”交换，但它不像报文交换那样以报文为单位进行交换、传输，而是以更短的，被规格化了的“报文分组”（Packet）为单位进行交换、传输。ITUT是这样给分组下定义的，分组是“一组包含数据和呼叫控制信号（例如地址）的二进制数，把它作为一个整体加以转接。这些数据、呼叫控制信号以及可能附加的差错控制信息是按规定格式排列的”。1数据报分组交换数据报方式是将每一个数据分

32、组当作一份独立的报文一样看待，每一个数据分组都包含终点地址的信息，分组交换机（节点机）为每一个数据分组独立地寻找路径，因此一个完整的报文所包含的不同分组可能沿着不同的路径到达终点。数据报分组交换2虚电路分组交换类似电路交换，报文的源发站在发送报文之前，通过类似于呼叫的过程使交换网建立一条通往目的站的逻辑通路。然后，一个报文的所有分组都沿着这条通路进行存储/转发方式传输，不允许节点对任何一个分组作单独的处理和另选路由，这就是虚电路分组交换。虚电路分组交换3逻辑信道与虚电路的概念（1）逻辑信道每个逻辑信道以一个逻辑通道号命名，一对用户之间通信占用其中的一条逻辑信道。这些逻辑信道由节点机来管理分配。

33、（2）虚电路虚电路就是两个用户终端设备在开始互相发送和接收数据之前需要通过网络建立的逻辑上的连接，一旦这种连接建立之后，就在网络中保持已建立的连接，用户发送的数据（以分组为单位）将按顺序通过该连接到达网络终点。虚电路可分为两类，永久虚电路和交换虚电路。1.3.4 三种交换技术的比较电路交换报文交换分组交换接续时间较长不需要短传输延迟时间短长中传输质量低中高传输速率的任意性支持不支持不支持异种终端相互接续不支持支持支持电路利用率低高高实时会话业务适用不适用适用1.4.1 差错类型及差错控制方法1差错类型随机差错：由正态分布的白噪声引起的差错，随机错码的出现是随机的，而且错码之间是统计独立、互不相

34、关的。突发差错：由脉冲干扰引起的差错，突发错码是成串集中出现的。混合差错：既存在随机差错又存在突发差错，并且哪一种都不能忽略不计的情况。2差错控制的基本工作方式（1）前向纠错。前向纠错（FEC）又称自动纠错。这种方式是发送端的编码器将输入的信息序列变换成能够纠正错误的码，接收端的译码器根据编码规律校验出错码及其位置并自动纠正。发端收端（2）检错重发。检错重发又称自动反馈重发（ARQ）。其方法是发送端采用某种能够检查出错误的码，在接收端根据编码规律校验有无错码，并把校验结果通过反向信道反馈到发送端，如有错码就反馈重发信号，于是发送端重发，如无错码就反馈继续发送信号。发端收端（3）反馈校验。反馈校

35、验法是发送端不进行纠错编码，直接发送信息码，接收端收到信息码以后，不管有无差错一律通过反向信道反馈到发送端，在发送端与原信息码比较，如有差错则将有差错的部分重发。发端收端（4）混合纠错。这种方法是前向纠错和自动反馈重发的混合应用。发送端发送纠错码，接收端经校验如果错码较少且在纠错能力之内，则译码器自动纠错，如果错码较多，已超过纠错能力，但未超过检错能力，即能判决有无错码而不能判决错码的位置，此时译码器自动发出信号，通过反向信道控制发送端重发。发端收端1.4.2 纠错编码的基本原理1码长、码重和码距码长：码组（或码字）中码元的数目称为码组的长度，简称码长。码重：码组中非“0”位的数目称为码组的重

36、量，简称码重。码距：两个等长码组之间对应位上数字不同的位数称为这两个码组的汉明（Hamming）距离，简称码距。2纠错编码的基本原理将信息码分组，为每组信息码附加若干监督码的编码，称为分组码。在分组码中，监督码元仅监督本码组中的信息码元。分组码一般可用符号（n，k）表示。其中k是每组码元中信息码元的数目，n是编码组的总位数，又称为码组的长度（码长），nkr为每码组中的监督码元数目，或称监督位数目。分组码结构 a an-1 n-1 a ar r a ar-1r-1 a a0 0k 个信息位r 个监督位码长 n = kr3纠错编码的检错纠错能力纠错编码的检错纠错能力，主要取决于码组的码距。码距越大

37、，检错纠错能力越强。检错纠错能力与码距之间的数量关系为：（1）为能检出e个错码，则要求最小码距 d0e1 d d0 0e eA AB B0 1 2 30 1 2 3（2）为能纠正t个错码，则要求最小码距为d02t1 d d0 0t tA At tB B0 1 2 3 4 50 1 2 3 4 5（3）为能纠正t个错码，同时能检出e个错码，则最小码距为d0et1 （et）e et tA At tB B1 14编码效率编码效率是指一个码组中信息位所占的比重，用R来表示。Rk/nk/（kr）式中：k为信息码元的数目（信息位长度）；n为编码组码元的总数（编码后码组长度：n（kr）；r为监督码元的数目（

38、监督位长度）。显然，R越大编码效率越高，它是衡量编码性能的一个重要参数。5纠错编码的分类从不同的角度出发，纠错编码可有不同的分类方法。按码字的功能分：检错码和纠错码。按监督码与信息码元之间的关系分：有线性码和非线性码。按照对信息码元处理方法的不同分：分组码和卷积码。1.4.3 奇偶监督码1基本原理奇偶监督码是一种最简单的检错码，其编码规则是先将所要传输的数据码元分组，一般而言，按字符分组比较方便，即一个字符或若干个字符构成一组。在各组的数据后面附加一位校验位，使得该组码连校验位在内的码字中的“1”的个数为偶数（称为偶校验）或为奇数（称为奇校验）。2垂直奇偶校验垂直奇偶校验是在k1位表示字符的数

39、据位上再附加第k位校验位。垂直奇偶校验编码，无论是采用偶校验还是奇校验，将检验出全部奇数个差错，而对出现的全部偶数个差错均不能发现。垂直奇偶校验的编码效率为R1k/（k1）。k为码字中信息码元的位数，随着k的变化，R1在50%与100%之间变化。ISO七单位码数字09为例说明垂直奇偶校验的编码情况 字符字符位位0 01 12 23 34 45 56 67 78 89 9b b0 0( (校验校验) )0 01 11 10 01 10 00 01 11 10 0b b1 10 01 10 01 10 01 10 01 10 01 1b b2 20 00 01 11 10 00 01 11 10

40、00 0b b3 30 00 00 00 01 11 11 11 10 00 0b b4 40 00 00 00 00 00 00 00 01 11 1b b5 51 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1b b6 61 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1b b7 70 00 00 00 00 00 00 00 00 00 03水平奇偶校验在传送数据时，如将若干个字符组成一个信息块，对这个信息块中所有字符中对应的位分别进行奇偶校验，就称为水平奇偶校验。水平奇偶校验的编码效率为R2m/（m1）。其中，m为参与校验的字符数。与R1类似，R2随m可从50%100%之间变化。水平奇偶校验 字符字符位位6209138475校验位校验位b100011100111b211000100100b310000001110b400010010000b511111111110b611111111110b7000000000004垂直水平奇偶校验把垂直和水平两个方向的奇偶校验