1、第二部分数据通信 第六章数字数据通信技术 宋娟软件学院 2 异步传输 1 同步传输 2 线路配置 3 4 4 差错控制 5 内容要点 3 并行 数据传输 串行 同步 异步 数据传输 4 并行传输 5 串行传输 6 在同一个时间内 信号元素是一个个传输每个信号元素可能 少于一个比特 曼彻斯特编码 一个比特 NRZ L 多于一个比特 QPSK 接收器采样传输损伤定时关系到达时间和每个比特周期 重点 串行传输 7 定时问题要求一个机制来同步收发器接收器在比特中央对信息流采样如果时钟排列不规则或者漂移 那么足够多的比特发送将导致在错误时间采样的后果例 1Mbps的数据 时钟偏差为1 有两个解决同步时钟
2、的办法异步传输同步传输 同步和异步传输 8 拒绝传输无中断的长比特流 避免时序的问题 同一时间传输的字符数据5至8比特定时在每个字符内保持每个字符都要求重新取得同步 异步传输 9 异步传输 10 对于稳定信息流 字符的间隔是均匀分布的 停止元素的长度 例子 发送IRA字符 ABC 1起始比特 7位数据比特 1校验比特 1停止比特空闲state receiver接收器搜索transition从1to0Then采样下个7位间隔intervals 字符长度 Thenlooksfor下个transitionfrom1to0为下个字符 异步 过程 11 定时差错的影响 定时差错如图figure6 1 c
3、 6 漂移 发送器每隔100 s发送一个数据 而接收器每隔94 s采样一个数据差错比特采样差错 接收到的最后一个比特采样是错的帧差错 第8位被误以为是起始位 12 简单便宜但是每个字符至少要求2 3个额外开销 overhead 20 为了取得更高的效率 使用不同形式的同步即 synchronoustransmission 异步优缺点 13 传输的数据块没有起始和终止位时钟必须同步可以使用单独的时钟线路 发送器定期在每个比特时间发送一个短脉冲信号 作为时钟 如RS232有利于短距离传输遭受传输损伤 forlongdistances 在数据中嵌入时钟信息Manchesterencoding dig
4、ital Carrierfrequency analog 同步传输 14 必须指示数据块的起始和结束使用前同步码preamble和后同步码postamble比异步效率更高 loweroverhead Example HDLC48bitscontrolinformation preambleandpostambleEachdatablocks1000charactersoverhead 48 8x1000 48 x100 0 6 同步 数据块级 帧同步 15 单比特差错孤立的差错状态只改变一个比特 不影响临近的其他比特白噪声引起突发性差错连续的B比特序列中第一个和最后一个比特以及任意多个中间比特
5、接收不正确 在一个比特簇中有很多差错出现 但不是说这些比特全部都错 冲激噪声引起移动无线环境中的信号衰弱引起数据率越高 突发错误的影响越大 差错类型 16 差错控制方法 检错重发 接收端在接收信号中检测出误码时 通知发送端重发 直到正确收到为止 检错只能知道接收码元中包含某些错误 但不知道误码的准确位置 采用检错重发需要具备双向通道 前向纠错 接收端不但能检错 还能纠错 对于二进制 即能知道误码的位置从而纠正 不需要反馈信道 实时性好 但是设备复杂 通常检错和纠错相结合 当出现少量误码并在接收端能够纠正时 用前向纠错法 当错码较多超过纠正能力 但尚能检测是 就用检错重发法 17 相关概念 Pb
6、 比特差错率 BER 接收到一个差错比特的概率 由信道特性决定 P1 无比特差错的帧到达的概率 P2 有比特差错 但没检测出来的概率 也称为剩余差错率 P3 有比特差错 而且都检测出来的概率 在没有使用检错手段的情况下 P3 0 P2 1 P1Pb越大 帧长越长 P1越小 所以需要使用差错控制技术 18 差错检测 错误在所难免使用error detectingcode检测附加在发送器接收器重新计算和检测也有可能存在不能检测到的错误 19 差错检测过程 20 奇偶校验最简单的差错检测机制 在数据块的末尾加奇偶校验位 使得整个字符中 1 的个数为奇数或偶数 典型的例子 字符的传输可以检测一个或奇数
7、个误码 但是不能检错两个或偶数个误码不安全性噪声脉冲的长度经常破坏一个以上的比特 奇偶校验 21 例子 若发送器发送anIRAG 1110001 并且使用奇校验 就附加1 然后发送11100011 接收器检测接受的字符 如果1s的个数是odd 假设没错误发生 If1bit oranyoddnumberofbits 在传输过程错误翻转 forexample11100001 那么接收器就能检测到一个错误 Notethat if2bits oranyevennumber 由于错误 anundetectederroroccurs 22 CRC 最常用最有效的方法 具有更强的检错能力给定一个kbits数
8、据块 发送器生成一个 n k 位比特序列 FCS 必须使最后得到的含有n个比特的帧可以被预先设定的整数整除接收器将接收到的帧用同样的整数进行除法运算没有余数就说明没有错误 23 CRC 3种等价的表达方式模2运算多项式数字逻辑 24 模2运算 使用无进位的二进制加法Theexclusive OR XOR 异或操作定义如下 T 要发送的n位帧 forn kM D k bit数据块 T中前k位F n k位bitFCS T中后n k位P n k 1位的特定比特序列 它是预定的除数predetermineddivisor 25 CRC n k n k 1 26 二进制除法 27 28 多项式 将所有的
9、值表示为一个虚构变量X的多项式 系数均为二进制 与二进制数值中的每一位相对应 例 D 110011 可以将其写为D x X5 X4 X 1 P 11001 P x X4 X3 1 29 多项式 CRC过程可以描述为如下例子 M 110011M X X5 X4 X 1P 11001P X X4 X3 1 30 误码的表现形式 差错模式 差错图样 E 任何一个比特位和1异或 都会发生翻转 字段中每个差错的位置标为1 若出现错码 E 0 当Tr可以被P整除 即E可以被P整除时 错码无法检错 这种概率是比较小的 31 只要选择合适的P x 就可以保证出现的以下错误类型无法被P x 整除 也就是说可以检
10、测出错误 所有的单个比特差错 只要P x 含有一个以上的非零项 所有的双比特差错 只要P x 是本原多项式 具有最大指数L CRC长度为L 帧长度为2L 1 任何奇数个差错 只要P x 含有因式 X 1 任意突发错误 当突发错误长度小于等于CRC的长度 n k 32 标准多项式 33 数字逻辑 CRC的编码过程和检错过程可以通过除法电路实现 除法电路可以由反馈移位寄存器实现 对于一个最高指数为 n k 的多项式除数P x 用 n k 位寄存器实现 最多需要 n k 个异或门 异或门是否存在对应于多项式除数中的每一项是否存在 除了项1和X n k 34 数字逻辑 例 数据为1010001101 D X X9 X7 X3 X2 1除数为110101 P X X5 X4 X2 1 35 被除数 除数 余数 C3 C1 I 36 作业 6 146 15
