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0第1章计算机网络技术基础聊城大学环境与规划学院2007年1月第五讲1第1章计算机网络技术基础1.3.3数据信号与信道的匹配§1.3传输技术1数字信道和模拟信道2数据信号的表示3数据信号分析4信道的主要性能参数5数字信号的模拟调制6模拟信号的数字编码—脉冲编码调制技术7数字编码2第1章计算机网络技

术基础1.3.3数据信号与信道的匹配6.模拟信号的数字编码—脉冲编码调制技术采样定理：要转换的模拟数据主要是电话语音信号语音信号要在数字线路上传输，必须将语音信号转换成数字信号。这需要经过三个步骤：–采样

：按一定间隔对语音信号进行采样–量化：对每个样本舍入到量化级别上–编码：对每个舍入后的样本进行编码编码后的信号称为PCM信号(脉码调制,PulseCodeModulation)§1.3传输技术3第1章计算机网络技术基础1.3.3数据信号与信道的匹配原始信号011100011011001100

PCM输出（编码）343314011100011011001100PCM脉冲(量化)（有量化误差）PAM脉冲(采样)PCM转换过程举例§1.3传输技术6.模拟信号的数字编码—脉冲编码调制技术3.23.92.83.41.24.2ttt4第1章计算机网络技术基础1.3.3数据信

号与信道的匹配数字化的质量取决于采样频率和测量精度。（1）采样频率：一秒内的采样次数，反映了采样点之间的间隔大小。§1.3传输技术6.模拟信号的数字编码—脉冲编码调制技术原始信号(波形)PAM脉冲(采样)fs=16kHz5第1章计算机网络技术基础1.3.3数据信号与

信道的匹配（2）测量精度：是样本在垂直方向的精度，是样本的量化等级，通过对波形垂直方向的等分而实现。常用二进制数的位数表示样本的量化等级。量级越高，采样精度越高。§1.3传输技术6.模拟信号的数字编码—脉冲编码调制技术6第1章计算机网络技术基础1.3.3数据信号与

信道的匹配§1.3传输技术6.模拟信号的数字编码—脉冲编码调制技术想一想实际应用中，是不是采样频率和测量精度越高越好？为什么？不是因为采样频率和测量精度的提高都是以存储容量为代价的。7第1章计算机网络技

术基础1.3.3数据信号与信道的匹配7.数字编码目的是把数字数据转换成某种数字脉冲信号。单极性码与双极性码归零码与不归零码曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码常见的有两类：不归零码和曼彻斯特编码§1.3传输技

术8第1章计算机网络技术基础1.3.3数据信号与信道的匹配7.数字编码各种编码方式的特点：单极性码只在表示“1”时才发出电流，表示“0”时不发出电流，电流只有一个极性。双极性码表示“1”时发出正电流，表示“0”时发出负电流，电流具有两个极性。§1.3传输技术9第1章计算机网络技术基础

1.3.3数据信号与信道的匹配7.数字编码归零码（ReturntoZero,RZ）每次进行0-1变换或1-0变换时，都要在无电流处停留一下。不归零码（Non-ReturntoZero,NRZ）每次进行0-

1变换或1-0变换时都是直接的，不在无电流处停留。§1.3传输技术各种编码方式的特点：10第1章计算机网络技术基础1.3.3数据信号与信道的匹配7.数字编码曼彻斯特（Manchester）编码每个比特周期的前半个周期传送该比特的原码，后半个周期传送该比特的反码。

差分曼彻斯特（DifferentManchester）编码是对曼彻斯特编码的改进，用每一码元开始边界处有无跃变来区别“0”和“1”，有跃变表示为“0”，无跃变表示为“1”。§1.3传输技术各种编码方式的特点：11第1章计算机网络技术基础1.3.3数据信号与信道的匹配001101

00单极性归零（RZ）编码双极性归零（RZ）编码单极性不归零（NRZ）编码高低高低高低双极性不归零（NRZ）编码高低§1.3传输技术7.数字编码tttt12第1章计算机网络技术基础1.3.3数据信号与信道的匹配00110100曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码双极性不归零（NRZ）编码高低高低高低

§1.3传输技术7.数字编码ttt13第1章计算机网络技术基础1.3.3数据信号与信道的匹配评价数字信号编码方式的优缺点可以从以下几点考虑：脉冲的宽度脉冲宽度越大，信号的能量就越大，对于提高接收端的信噪比有利。占用的频带宽度脉冲宽，占用的频带就窄，如归零码比不归零码占用的频带

要宽。§1.3传输技术7.数字编码14第1章计算机网络技术基础1.3.3数据信号与信道的匹配直流分量的成分直流分量低有利于传输，如双极性码的直流分量较低，而曼彻斯特码和差分曼彻斯特码则没有直流分量。自同步能力曼彻斯特码和差分曼彻斯特码的每个码元

中都有跃变，可以提供自同步能力。如在IEEE802.5中，正常的信号编码都采用差分曼彻斯特码。§1.3传输技术7.数字编码15第1章计算机网络技术基础1.3.3数据信号与信道的匹配在一个信道上进行数据传输的成败和质量，不仅取决于信道的质量，还与信号自身的形式有关。本节介绍了不同形式

的信号对传输质量的影响，以及将不同的数据变换为不同形式的信号的技术。这些是传输技术中非常重要的内容。§1.3传输技术小结16第1章计算机网络技术基础1.3.4差错检测与控制1.差错产生的原因与基本对策信号在物理信道中进行

传输存在差错，使得接收到的数据与原来发送的数据不一致，称为传输差错。与语音、图像传输不同，计算机通信要求极低的差错率。除了信号的衰减外，信道噪声引起传输信号的畸变是产生差错的主要原因。§1.3传输技术17第1章计算机网络技

术基础1.3.4差错检测与控制传输中的差错都是由噪声引起的。噪声有两大类：热噪声信道固有的、持续存在的冲击噪声由外界特定的短暂原因所造成的§1.3传输技术18第1章计算机网络技术基础1.3.4差错检测与控制为减少传输差错，提高传输质量，可以采取以

下措施：•改善通信线路的质量•采用差错控制技术检测错误，纠正错误，把差错限制在尽可能小的允许范围内；检错码纠错码•采用合适的差错控制协议§1.3传输技术19第1章计算机网络技术基础1.3.4差错检测与控制2.误码检测（1）校验和假定要传输的

4个数字为1、2、3、5，它们的和用十六进制表示为B，则将和连同数据一起发送，即发送00010010001101011010（1235B）。接收方收到数据后，重新计算一边数据的和，如果非B，说明传输中发生了错误。§1.3传输技术20第1章计算机网络技术基础1.3.4差错检

测与控制2.误码检测——校验和漏检的例子B校验和50101300112001010001发送的数据B校验和10001501013001120010接收到的数据§1.3传输技术21第1章计算机网络技术基础1.3.4差错检测与控制（2）循环冗余校验码（CRC）循环冗余

校验码(CRC，CyclicRedundancyCode)是一种能力相当强的检错、纠错码。它是采用多项式的编码方式，这种方法把要发送的数据看成是一个多项式的系数，数据为Cn-1Cn-2…C１C０(其中为0或1)，则其对应的多项式为Cn-1xn-1+Cn-2xn-2+…+C

１x+C0例如：数据“10010101”可以写为多项式x７+x４+x2+1。§1.3传输技术22第1章计算机网络技术基础1.3.4差错检测与控制循环冗余校验方法的原理如下：(1)设要发送的数据对应的多项

式为M(x)。(2)发送方和接收方约定一个生成多项式G(x)，设该生成多项式的最高次幂为k。(3)在数据块的末尾添加k个0，则其相对应的多项式为M’(x)=M(x)×xk。（左移k位）(4)用M’(x)除以G(x)(模2除)，获得商Q(x)和余式R(x)，

则M’(x)=Q(x)×G(x)+R(x)。(5)采用模2加运算，计算T(x)=M’(x)+R(x)，即形成循环冗余校验码T(x)。§1.3传输技术23第1章计算机网络技术基础1.3.4差错检测与控制(6)发送T(x)所对应的数据。(7)设接收端接收到的数

据对应的多项式为T’(x)，将T’(x)除以G(x)，若余式为0，则认为没有错误，否则认为有错。即若T’(x)=T(x)，则T’(x)/G(x)=[Q(x)×G(x)+R(x)+R(x)]/G(x)=[Q(

x)×G(x)]/G(x)=Q(x)余式为0。若T’(x)≠T(x)，余式不为0。根据模2加的规则，两数相同为0，两数相异为1。故有R(x)+R(x)=R(x)+[-R(x)]=0§1.3传输技术24第1章计

算机网络技术基础1.3.4差错检测与控制例子：对四位有效信息1100做循环冗余校验码，选择生成多项式G(x)为1011（k=3）(1)M(x)=x3+x2(=C3x3+C2x2+C１x+C０)(2)M(x)×x3=x6+x5=110000

0(k=3,左移三位)(3)模2除，M(x)×xk/G(x)=1100000/1011=1110+010/1011，即余数R(x)=0101110商101111000001011111010111010101100100000010余数(4)模2加，得到T(x)=M(x)×x3+

R(x)=1100000+010=1100010。§1.3传输技术25第1章计算机网络技术基础1.3.4差错检测与控制CRC循环码的出错模式（G（x）=1011）D7D6D5D4D3D2D1余数出错位正确11

00010000—错误11000110011110000001021100110100311010100114111001011051000010111601000101017§1.3传输技术26第1章计算机网络技术基础

1.3.4差错检测与控制“循环码”的来历。【例】G(x)＝1011，M(x)＝1100，若接收端收到的码字为1100110，用G(x)＝1011做模2除得到一个不为0的余数100，说明D3位传输有错。将此余数继续补0用

G(x)＝1011作模2除，同时让码字循环左移。做了4次后，得到余数为101，这时码字也循环左移4位。说明出错位已移到最高位D7位，将最高位1取反后再将它循环左移3位，补足7次，出错位回到D3位，就成为一

个正确的码字1100010。§1.3传输技术27第1章计算机网络技术基础1.3.4差错检测与控制生成多项式G(x)应满足的要求：最高位和最低位同时为1；任何一位发生错误都应使余数不为0；不同位发生错误应使余数不同；对余数继续做模2除运算应使余数循环。§1.3传输技术28第1章计

算机网络技术基础1.3.4差错检测与控制常用的标准生成多项式有以下几种：CRC-ITU-T:G(x)=x16+x12+x５+1CRC-12:G(x)=x12+x11+x３+x２+x+1CRC-16:G(x)=x16+x15+x２+1CRC-32:G(x)=x32+

x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x８+x７+x５+x４+x２+x+1§1.3传输技术30第1章计算机网络技术基础1.3.4差错检测与控制3.差错控制协议在计算机通信中，一般都要求有极低的比特差错率。为此广泛地使用了编码技术，主要有两大类：前向纠错：开销较

大，不适合于计算机通信。检错重发：在计算机通信中是最常用的。由于发送方对出错的数据帧进行重复是自动进行的，所以这种差错控制体制常简称为ARQ（AutomaticRepeatreQuest），直译是自动

重复请求，意思是自动请求重发。31第1章计算机网络技术基础1.3.4差错检测与控制（1）停等ARQ协议基本原理是发送方根据应答信号来确定接下来发送数据帧的情况。DATA0ACKACKACKDATA2DATA1出错a)正

常情况b)数据帧出错送主机AB送主机送主机DATA0ACKNAKACKDATA1DATA1送主机AB送主机重传32第1章计算机网络技术基础1.3.4差错检测与控制DATA0ACKACKDATA1DATA1

丢失DATA0ACKACKACKDATA1DATA1丢失c)数据帧丢失d)应答帧丢失送主机送主机丢弃送主机送主机AABBtouttout（1）停等ARQ协议——要解决的两个问题33第1章计算机网络技术基础1.

3.4差错检测与控制优点：比较简单。缺点：通信信道的利用率不高，也就是说，信道还远远没有被数据比特填满。为了克服这一缺点，就产生了另外两种协议，即连续ARQ和选择重传ARQ。停止等待协议ARQ的优缺点34第1章计算机网络技术基础1.3.4差错检测

与控制提示停止等待ARQ协议的信道利用率不高。解决思路允许发送方不等确认帧返回就连续发送多个数据帧——连续ARQ协议的基本思想。（2）连续ARQ协议允许多少帧？这要引入一定的技术（算法）加以控制35第1

章计算机网络技术基础1.3.4差错检测与控制在发送完一个数据帧后，不是停下来等待应答帧（ACK），而是可以连续再发送若干个数据帧。如果这时收到了接收方发来的确认帧，那么还可以接着发送数据帧。由于减少了等待时间，整个通信的吞吐量就提高了。若传输信道的传输质量很差因而误

码率较大时，连续ARQ不一定优于停止等待协议。连续ARQ协议的基本原理36第1章计算机网络技术基础1.3.4差错检测与控制ACK1确认DATA1DATA2出错，丢弃DATA3不按序，丢弃DATA4不按序，丢弃DATA5

不按序，丢弃ACK2确认DATA2ACK3确认DATA3AB送交主机送交主机…37第1章计算机网络技术基础1.3.4差错检测与控制0123452345ACK0ACK1NAK2ACK2ACK3丢弃ItItouttTt当发送方发现前面某一数据帧未收到确认

信息而计时器已经超时后，就会重发该帧以及随后的N个数据帧。38第1章计算机网络技术基础1.3.4差错检测与控制为了进一步提高信道的利用率，可设法只重传出现差错的数据帧或者是定时器超时的数据帧。但这时必须加大收方的缓冲区，以便先收下发送序号不连续但仍处在缓冲区中的那些数据帧

。等到所缺序号的数据帧收到后再一并送交主机。（3）选择重传ARQ协议39第1章计算机网络技术基础1.3.4差错检测与控制40第1章计算机网络技术基础THANKYOUVERYMUCH！