本章是教程的第二章节,这一章节的特点就是一个字 “难”。从历年的考题分布来看,只会出现在上午的考题中,大概占 3~5 分的分值。
最常见的考点:尼奎斯特定理、香农定理、PCM 编码、E1、海明码(海明码不等式),其中最难的是海明码、CRC 校验。
此小节比较少考。
通信的目的就是传递信息。通信中产生和发送信息的一端叫信源,接受信息的一端叫信宿,信源和信宿之间的通信线路称之为信道。信息在传输过程中可能会受到外界的干扰,这种干扰称之为噪声。
下图为通信系统模型:
信源产生的信息可能是模拟数据,也可能是数字数据。如果信源产生的数据以模拟信道传输,则叫模拟通信;反之为数字通信。
在模拟传输的过程中,数据进入信道前需要进行调制,变换为模拟的调制信号。由于调制信号的频谱较窄,因此信道的利用率较高。
但是模拟信号在传输过程中会衰减,同时会受到噪声的干扰。如果用放大器放大信号,则噪声也会被放大。
在数字传输的过程中,可以直接传输二进制或经过二进制编码的数据。此种方式信号不容易失真,数字设备可大规模集成且价格便宜。不过相比模拟信号需要的带宽要宽很多,信道利用率低。
此小节比较常考,且多考模拟带宽。
模拟信道带宽计算:**W = f2 - f1 (**f2信道最高能通过频率,f1 信道最低能通过频率。单位:赫兹Hz)。
数字信道是离散值,带宽为信道能达到的最大数据传输速率。传输速率是指每秒能传输的二进制数据位数,(单位:bit/s、b/s、bps)。这里注意是 小 b,而非字节 大 B。
1. 码元:
一个数字脉冲称之为一个码元,用码元速率表示单位时间内信号波形的变换次数。
2. 码元速率:
即单位时间内通过信道传输的码元个数,如果码元带宽(脉冲周期)为 T,则码元速率(波特率)为 B = 1 / T,单位波特(Baud)。
3. 码元携带信息量
码元携带的信息量由码元取的离散值的个数决定。若码元取两个离散值,则一个码元携带 1 位信息;取四个离散值,则携带 2 位信息;取八个离散值,则携带 3 位信息…
则单个码元携带信息量 n(位)与码元种类数 N 的关系是: n = l o g 2 N {log_2{N}} log2N (N = 2 n 2^{n} 2n)。
4. 奈奎斯特定理
在一个理想的(无噪声)信道中,若信道带宽为 W,最大的码元速率为:
B = 2W。
单位时间内在信道上传送的信息量(位数)称之为数据速率,结合理想最大码元速率,则极限数据速率为:
R = B l o g 2 N log_2N log2N = 2W l o g 2 N log_2N log2N(bps),R 表示数据速率,单位是每秒位(bps、b/s)
这个定理考的几率很大,一定要记住!
5. 香农定理
实际上信道会受到各种噪声的干扰,所以是达不到奈奎斯特定理所理想的值。在有噪声信道中的数据极限速率为:
C = W l o g 2 ( 1 + S / N ) log_2(1 + S/N) log2(1+S/N) ,其中 W 为信道带宽, S 为信号平均功率,N 为噪声平均功率,S/N 为信噪比。
其中由于实际中 S/N 比值很大,故常取分贝数(dB)。分贝与信噪比的关系为:
dB = 10 l o g 10 ( S / N ) log_{10}(S/N) log10(S/N)
通常是给定 S/N 的值、带宽从而计算在有噪声下信道数据极限速率。
例子1: 给定信噪比为 10dB,带宽为 3000Hz。
由公式 dB = 10 l o g 10 ( S / N ) log_{10}(S/N) log10(S/N) = 10dB ,约掉两边的 10 后,得 l o g 10 ( S / N ) log_{10}(S/N) log10(S/N) = 1。故 S/N = 1 0 1 10^{1} 101 = 10。
则:C = 3000 l o g 2 log_{2} log2(1 + 10) ≈ \approx ≈ 3000 * 3.4 = 10200 bps。
例子2: 给定信噪比为 30dB,带宽为 3000Hz。
由公式 dB = 10 l o g 10 ( S / N ) log_{10}(S/N) log10(S/N) = 30dB ,约掉两边的 10 后,得 l o g 10 ( S / N ) log_{10}(S/N) log10(S/N) = 3。故 S/N = 1 0 3 10^{3} 103 = 1000。
则:C = 3000 l o g 2 log_{2} log2(1 + 1000) ≈ \approx ≈ 3000 * 9.97 ≈ \approx ≈ 30000 bps。
这个定理考的几率很大,一定要记住!
本小节的难点在于数字信道的速率计算,按是否有噪声影响分为奈奎斯特和香农定理。
本文将带宽、调制技术、码元数量及数据速率的关系绘成一张图,如下:
1. 2010 下半年 选择题
设信道采用 2DPSK 调制,码元速率为 300波特,则最大的数据速率为( )b/s。
A. 300 B. 600 C. 900 D. 1200
解题思路:
则由公式得到 R = 300 * l o g 2 2 log_{2}2 log22 = 300bps,所以选择 A 。
2. 2015 下半年 选择题
设信号的波特率为 500Baud,采用幅度相位复合调制技术,由 4 中幅度和 8 种幅度相位组成 16 种码元,则信道的数据速率为( )
A. 500 b/s B. 1000 b/s C. 2000 b/s D. 4800 b/s
解题思路:
则由公式得 R = 500 * l o g 2 16 log_{2}16 log216 = 500 * 4 = 2000 b/s,所以选择 C 。
3. 2017 上半年 选择题
电话信道频率为0~4kHz,若信噪比为 30db,则信道容量为( )kb/s,要达到此容量,至少需要( )个信号状态。
A. 4 B. 20 C. 40 D.80
A. 4 B. 8 C. 16 D. 32
此题一共有两个问题,其中第二个问题有些难理解。
问题一解题思路:
C = 4k * l o g 2 ( 1 + 1000 ) log_{2}(1 + 1000) log2(1+1000) ≈ \approx ≈ 4K * 10 = 40 kb/s,故选择 C。
问题二解题思路:
已知定理 R = B l o g 2 log_{2} log2N,题中告知了带宽则 B = 2W,问题一种得 R = 40 kb/s。
有 40 = 2*4K l o g 2 log_{2} log2N,两边约分得 5 = l o g 2 log_{2} log2N,则 N = 2 5 2^{5} 25 = 32。故选择 D。
4. 2018 下半年 选择题
设信道带宽为 1000Hz,信噪比为 30dB, 则信道的最大速率为( )b/s。
A. 10000 B. 20000 C. 30000 D. 40000
解题思路:
则由公式得 C = 1000 * l o g 2 ( 1 + 1000 ) log_{2}(1 + 1000) log2(1+1000) ≈ \approx ≈ 1000 * 9.97 ≈ \approx ≈ 10000,所以选 A。
误码率是衡量数据通信系统在正常工作情况下可靠性指标。误码率是:传输出错的码元数占传输总码元数的比例,误码率越小,通信的可靠性越高。
误码率可以用公式表示: P c P_{c} Pc = N e N_{e} Ne(出错总位数) / N (传输总位数) 。
在计算机网络中,误码率一把要求低于 1 0 − 6 10^{-6} 10−6。
本小节通常不会作为考点,了解即可
信号延迟和信源端和信宿端距离、信号传输速率有关。需要记住的下面几种延迟和传输速率(必须记住):
通常计算一个总延迟需要计算 线路时延和调制时延 的和,其中: 线路时延 = 传输距离 / 传输速度;调制时延 = 数据帧大小 / 调制速率。
1. 2014 上半年 选择题
在地面相距 2000 公里的两地之间通过电缆传输 4000 比特的数据包,数据速率为 64kb/s 。从开始发送到接受完成需要的时间()。
A. 48ms B. 640ms C. 32.5ms D.72.5ms
解题思路:
按照信道总延迟计算方法:
线路延迟:2000 / 200000 = 0.01s = 10ms。
调制延迟:4000 / 64 000 = 0.0625s = 62.5ms。
总延时 10 + 62.5 = 72.5 ms,故选择 D。
2. 2018 上半年 选择题
在相隔 20KM 的俩地通过电缆以 100Mb/s 的速率传输 1518 字节长的以太帧,从开始发送到接受完成数据需要的时间约是()。
A. 131us B. 221us C.1310us D. 2210us
解题思路:
按照信道总延迟计算方法:
线路延迟:20km / 200 000km/s = 0.0001s = 100us。
调制延迟:(1518 * 8)/ (100 * 1 0 6 10^{6} 106)= 0.000012144s = 121.44us。
总延时:100 + 121.44 = 221.44,故选择 B。
以 8 根铜导线每 2 根(抵消电磁力)扭在一起。通常百兆使用到其中 4 根,千兆则 8 根全部都被使用。
其分类:直通线/交叉线,屏蔽和非屏蔽双绞线。
原理:利用光在玻璃和塑料纤维中使用全反射原理而达成的光传导工具。
相较于电缆,光纤不受电磁噪声干扰损耗低,适合长距离传输。其特点:重量轻、体积小、传输远、容量大、抗电磁干扰。
分为单模光纤和多模光纤两种,其中单模光纤的尺寸和光信号波长相差不大(5~10um),多模光纤的尺寸通常远大于光波波长(通常为 50um、62.5um)允许多种模式光信号传输。
单模光纤只允许一种模式光信号传播,适合大容量、长距离的光纤通信。缺点在于价格贵。
多模光纤允许多种光模式信号传输,适合较小容量、短距离的光纤通信。
1. 2018 上半年 选择题
关于单模光纤,下面描述中错误的是( C )。
A. 芯线由玻璃或者塑料制成。
B. 比多模光纤纤芯小。
C. 光波在芯线中以多种反射路径传播。
D. 比多模光纤传输距离远。
二进制数字信号在传输过程中可以采用不同的编码,不同编码的抗噪声特性、定时功能、计费原理不一样。常见的编码有:
本节常考的编码为 曼彻斯特和差分曼彻斯特两种编码,需要记住。
该种编码中,只用正(或者 负)电压表示数据,如:用正电压表示二机制 1 ,负电压表示二机制 0,则如下图所示:
缺点很明显:这种编码需要单独的时钟信号配合定时,否则发生和接受都无法定时。单极性码的抗噪声特性不好,因为电平差过于小。
该种编码中,分别使用正负电压代表二机制中的 0 和 1。其电平差比单极性大,故抗噪声性较好。不过也需要单独的时钟信号。
该种编码中,信号在 3 个电平(正、负、零)之间变化,典型的为 信号交替反转编码(AMI)。
如下图中 0 电平代表 二进制 0,正负电平则代表二进制 1,需要注意的是 交替反转。
归零码(Return to zero)中,码元中间的信号回归到零电平。其中从负电平到零电平代码二进制 1;正电平到零电平代表二进制 0。
不归零码(Not return to zero, NRZ),也叫差分码。用电平翻转代表二进制 1,电平不翻转代表二机制 0。差分码是使用电平是否翻转代表二进制数字 1 和 0,而不是通过电平高低。
主要应用在终端到调制解调器的接口中,该种编码简单费用低,但是不能自定时。
双相码要起每一位都有一个电平转换,一高一低且必须翻转。其特点:具有自定时和检测错误的功能。接下来本章的重点曼彻斯特和差分曼彻斯特编码就是典型的双相码。
###6.7 曼彻斯特编码
本小节是重点,一定要理解该种编码方式。
曼彻斯特编码是一种双相码,在每一个比特中间均有一个跳变。其中可以用高电平到低电平的转换表示 0, 低电平到高电平的转换表示 1,当然相反也是可以的。
位中间的电平转换边表示了数据代码的用时也作为定时信号使用,曼彻斯特编码主要运用到以太网中。
本小节是重点,一定要理解该种编码方式。
差分曼彻斯特编码也是一种双相码(运用在令牌环网中),和曼彻斯特编码不同的是,这种码元中间的电平转换只作为定时信号,不表示数据。数据的表示在于每一位开始处是否有电平转换。
有电平转换表示二进制数字 0,无电平转换表示二进制数字 1. 该种编码不是判断电平形状,而是通过起始电平是否转换判断(上一个电平的终点和下一个电平的起点)。
如下图:第一个电平的终点是高电平、第二个电平的起点是低电平则第二个电平代表二进制数据 0;第二个电平的终点是高电平,第三个电平的起点是高电平,没有电平转换故代表二进制数据 1。
曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码中,每位中间都有一次电平跳变,故波特率是数据速率的两倍。为了提高编码效率,降低成本,故出现 4B/5B 编码。
每发送 4bit 数据,先使用不归零码(NRZ-1)编码为 5 bit,多一个用于解决同步问题。其编码效率为 80%。
1. 2012 上半年 选择题
曼彻斯特编码效率是( B )%,4B/5B 编码效率是( C )%。
A. 40 B. 50 C.80 D. 100
A. 40 B. 50 C.80 D. 100
2. 2011 下半年 选择题
下图画出了曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码的波形图,实际传送的比特串为()。
A. 110101100 B. 01110010 C. 01010011 D. 10001101
解题思路:
二进制数据可以用模拟信号传输,将数字数据调制为模拟信号叫数字调制,可以通过调制幅度、频移和相移 3 个参数来表示二进制数据。
幅度键控(ASK, Amplitude shift keying)用载波的两个不用振幅表示二进制 0 和 1 。注重 载波幅度。
频移键控(FSK,Frequency shift keying)用载波的两个不同频率表示二进制 0 和 1。注重 载波频率。
相移键控(PSK,Phase-shift keying )用载波的起始相位的变化表示二进制 0 和 1。注重 载波形状(相位不同)。
差分相移键控(DPSK)和 差分曼彻斯特编码有些类似, 差分相移键控(DPSK)通过比较相邻的两个载波的形状,若两个形状不同则代表二进制数字 0, 相同则表示 1。
正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying,QPSK)分为绝对相移和相对相移两种。由于绝对相移方式存在相位模糊问题,所以在实际中主要采用相对移相方式DQPSK。
QPSK 是一种四进制相位调制,具有良好的抗噪特性和频带利用率,广泛应用 于卫星链路、数字集群等通信业务。
正交幅度调制(QAM, Quadrature amplitude modulation)是把两个幅度相同但相位相差 90° 的模拟信号合成一个新的模拟信号。 其实就是 ASK + PSK 的组合。
1. 2011 下半年 选择题
可以用数字信号对模拟载波的不同参量进行调整,下图所示的调制方式为( C )。
A. ASK B. FSK C. PSK D. DPSK
解题思路:
2. 2014 下半年 选择题
所谓正交幅度调整是把两个 ( A )的模拟信号合成一个载波信号。
A. 幅度相同位相差 90° B. 幅度相同相位相差 180°
C. 频率相同相位相差 90° D. 频率相同相位相差 180°
3. 2016 上半年 选择题
通过正交幅度调整技术把 ASK 和 PSK 两种调制模式结合起来组成 16 种不同的码元,这时候数据速率是码元速率的 ( B )倍。
A. 2 B. 4 C. 8 D. 16
解题思路:
则 R = B l o g 2 16 log_{2}16 log216 = 4B,故选 B。
3. 2017 下半年 选择题
下图展示的编方式是(A)。若数据速率为 1kb/s,则载波速率为 ( B )Hz。
A. DPSK B. BPSK C. QPSK D. MPSK
A. 1000 B. 2000 C. 4000 D. 8000
问题一解题思路:
问题二解题思路:
4. 2018 下半年 选择题
以下关于 DPSK 描述,正确的是(B)。
A. 采用2种相位,一种固定表示 0,一种固定表示 1。
B. 采用2种相位,通过前后有无相位改变代表 0 和 1。
C. 采用4种振幅,每个码元表示2个比特。
D. 采用4种频率,每个码元表示2个比特。
5. 2019 上半年 选择题
设信号的波特率为 1000 Baud,信道支持的最大数据速率为 2000b/s, 则信道采用的调制技术为()。
A. BPSK B. QPSK C. BFSK D. 4B5B
解题思路:
由公式得 2000 = 1000 l o g 2 N log_{2}N log2N ,则 N = 4。上面选项中 QPSK 得码元种类为 4。
将模拟信号还原为数字信号的过程叫做解调,该过程也叫模拟数据的数字化。常用的数字化技术就是脉冲编码调制技术(PCM), 简称脉码调制。
脉码调制的流程为:取样、量化、编码。
每隔一定的时间,取模拟信号的当前值作为样本,该样本代表了模拟信号在某一刻的随时值。一系列联系的样本可以用来代表模拟信号在某一区间随时间变化的值。
奈奎斯特取样定理规定:如果取样速率大于模拟信号最好频率的两倍,则可以用得到的样本空间恢复原来的模拟信号。
即: f = 1/T > 2 f m a x f_{max} fmax,f 为取样频率,T 为取样周期, f m a x f_{max} fmax 为信号的最高频率。
把取样后得到的样本由连续值转换为离散值,离散值的个数决定了量化的精度。
如下图中把量化等级分为 16 级,则可以用0000~1111 共计 16个二机制数代表0.1~1.6 这1 16个不同的电平幅度。
需要记住的是:量化等级可以理解为 码元种类(N), 单个码元携带信息量 n(位)与码元种类数 N 的关系是: n = l o g 2 N {log_2{N}} log2N (N = 2 n 2^{n} 2n)。
把量化后的样本值变成相对的二机制代码,可以得到相应的二进制代码序列,其中每个二进制代码都可以用一个脉冲串表示,这一组脉冲序列就代表了经 PCM 编码的模拟信号。
1. 2019 上半年 选择题
假设模拟信号的频率范围为 3~9MHz,采样频率必须大于( C )时,才能使得到的样本信号不失真。
A. 6MHz B. 12MHz C. 18 MHzD. 20MHz
2. 2013 下半年 选择题
设信道带宽为 4000Hz,采用 PCM 编码, 取样周期为 125us,每个样本量化后为128个等级,则信道的速率为()。
A. 10kb/s B. 16kb/s C. 56kb/s D. 64kb/s
解题思路:
则每秒速率为 7 * 8000 = 56kb/s,故选 C。
1. 按通信方向分
2. 按同步方式分
异步传输:把各个字符分开传输,在字符的前面插入一位起始位,在字符后面插入一位停止位,起始位对接收方的时钟起置位作用。在字符和停止位之间还要插入一位校验位,一般使用奇偶校验。
同步传输:将多个字符组合为数据帧一起发送,帧的第一部分包好同步字符,用于通知接收方一个帧已经到达。帧的最后一部分是一个帧结束标记。
数据交换技术有 3 种:电路交换、报文交换和分组交换。
1. 2016 下半年 选择题
在异步通信中,每个字符包含 1 位起始位,7 位数据位,1 位奇偶位和 1位终止位,每秒传送 100 个字符,采用 DPSK 调制,则码元速率为(),有效数据速率为()。
A .200波特 B. 500波特 C. 1000波特 D. 2000波特
A. 200b/s B. 500b/s C. 700b/s D. 1000b/s
解题思路:
问题一:码元速率为 (1 + 7 + 1 +1) * 100 = 1000波特。故选择 C。
问题二:注意有效数据是包含所有数据位(不要被 7位数据位误导),由 R = B l o g 2 N log_{2}N log2N 得 R = 1000 l o g 2 2 log_{2}2 log22 = 1000 b/s。 故选择 C。
多路复用技术是把多个低速信道组合成一个高速信道的技术。该技术使用到两个设备:多路复用器(Multiplexer)和 多路分配器(Demultiplexer),统称为多路器。多路复用器是根据某种约定的规则把多个低带宽的信号复合为一个高带宽的信号;多路分配器是在接收端根据同一规则将高带宽信号分解成多个低带宽信号。
频分多路复用是在一条传输介质上使用多个不同频率的模拟载波信号进行多路传输。常用于:无线广播、ADSL、FDD-LTE(4G 的一种)。
时分多路复用(TDM)是各个子通道按照时间片轮流占用整个带宽。时间片的大小可以按一次传送一位、一个字节、或者一个固定大小的数据块所需要的时间确定。常用于:T1/E1、WIFI、TDD-LTE(4G 的一种)。
波分多路复用(WDM)使用在光纤通信中,不同的子信道用不同波长的光波承载,多路复用信道同时传送所有子信道的波长。这种技术需要使用对光波进行分解和合成的多路器。
美国和日本广泛使用的通信标准是贝尔系统的 T1 载波,它是把 24 路语言信道按时分多路的原理复合在一条 1.544Mbps 的高速信道(** T1 带宽速率是必须记住的**)。
1.544Mbps 是如何得到的? 是对 4KHz 的语言信道按 8KHz 的速率采样,128 级别量化(码元种类 N),则每个语言信道的比特率是 56Kbps。T1 载波 = 24 * 56kbps = 1.544Mbps。
R = B l o g 2 N log_{2}N log2N = 8000 * 7 = 56kbps。
记住:T2 = 4T1 = 6.312Mbps;T3 = 7T2 = 44.736Mbps;T4 = 6T3 = 274.176Mbps。
除了美国和日本外,其他地区使用的是欧洲标准E1载波。标准E1信道速率是 2.048Mbps,把 32 个 8 位一组的数据样本组成 125us 的基本帧,其中 30 个子信道用于语言传送,2 个子信道(CH0 和 CH16)用于控制信号命令。
E1 每个语言信道的比特率是 56Kbps,E1 使用时分复用帧传送时间位 125us,则每秒 f = 1 / T = 8000 。每个子信道含 8 位数据,则速率 = 8 * 8000 = 64kbps。
光纤线路多路复用标准有两个,美国同步光纤网络(SONET)和国际标准(SDH),两者速率对照如下:
需要记住的是:OC3 = STM-1 ° 155Mbps。可以巧记 OC1 ° 50Mbps,其他等级乘其系数即可。
1. 2011 下半年 选择题
E1 信道速率是(B),其中每个语言信道的速率为(B)。
A. 1.544Mb/s B. 2.048Mb/s C. 6.312Mb/s D. 44.736Mb/s
A. 56Kb/s B. 64Kb/s C. 126Kb/s D. 2048Kb/s
2. 2010 上半年 选择题
同生数宇序列(SDH)是光纤信道复用标准,其中最常用的STM-1(OC-3)速率是( A ) , STM-4 ( OC-12)速率是( B )
A. 155.20Mb/s B. 622.08Mb/s C. 2488.320Mb/s D. 10Gb/s
A. 155.20Mb/s B. 622.08Mb/s C. 2488.320Mb/s D. 10Gb/s
解题思路:记住基本速率 OC-1 约等于 50M,其余乘以其系数后找到相近的选项。
在通信中通常会因为一些情况导致传送的信息出现差错,如热燥声引起的随机错误;冲击操作引起的突发错误等。
因此需要有一些方法对信息差错进行检测和纠正,但是往往纠正的成本较高,通常都是进行对信号差错的检测。
奇偶校验是最常用的方法,原理是在 7位的 ASCII 代码后面增加一位,使得码字中 1 的个数成奇数(奇校验)或者偶数(偶校验)。这种校验方式比较简单,只能检出一位错位。
奇偶校验只能检测差错,不能进行差错纠正。
海明码是一种同时能检测和纠正出错信息的方法,其原理为:在数据代码中间增加若干个冗余位组成码字,将码距均匀拉大,当某一位出错,会引起几个校验位的值发生变化。
一个码字要变成另一个码字时候必须改变的最小位数称之为海明距离,例如:
7位 ASCII 码增加一位奇偶位变成 8 位码字,这 128 个 8 位的码字之间的海明距离是 2(见下例),所以当其中 1 位出错便能检测出来,2 位出错则无能为力。
传输字符(偶校验) 100110(1)
如最后一位出错,则两位不同 100111(0) ,即正确请求下最后一位 0 和偶校验为 1,变成 1 和 0,需要改变的最小位数为 2 (海明距离)。
海明不等式
校验码个数为 k 位,可以表示 2 k 2^{k} 2k 位信息,1 位信息用来表示“没有错误”,其余 2 k − 1 2^{k}-1 2k−1 位表示数据中存在的错误,如果满足 2 k − 1 > = m + k 2^k -1 >= m +k 2k−1>=m+k(m为数据长度,m + k 位编码后的数据总长度),则理论上 k 个校验码就可以判断是哪一位(包括数据位和校验位)出现了问题。
海明编码方法
海明编码方法:第 2 i ( i = 0 、 1 、 2 、 3... ) 2^i (i = 0、1、2、3...) 2i(i=0、1、2、3...) 为是校验位,其余的存放数据。
假设传送的数据为 1001011,把各个数据放到 3、5、6、7、9、10、11等位置,1、2、3、8位留作校验位。
其中校验位和数据位的关系:
3 = 2 + 1、5 = 4 + 1、6 = 4 + 2 、7 = 4 + 2 + 1、9 = 8 + 1、10 = 8 + 2、11 = 8 + 2 + 1,从等式中发现 3、5、7、9、11 都含有第一位,则参与第一位校验,若按偶校验计算,则 1 号位因为 1。
类似的,3、6、7、10、11号位参见第二位的校验,按偶校验计算第二号位则为 0;5、6、7参加第四号位的计算,则为 1;9、10、11参加第八号位计算,则为 0。最终得到:
假如第 6 号位出错,即变为:
接收端进行偶校验时候发现 1 和 8 号位都是正确的,但是 2 和 4 号位的奇偶性不对,由 2 + 4 = 6 确认第 6 号位是错误的。
海明码是本教材中提到唯一同时支持检错和纠错的方法
原理为:末尾加入 CRC 循环冗余校验码,用于检错但是不能纠错。广泛用于网络通信和磁盘存储。其原理比较生硬,具体的见下面真题部分体现。
在 m 位信息码之后拼接 r 位校验码。应用 CRC 码的关键是如何从 m 位信息位简便地得到 r 校验位 (编码),以及如何从 m+r 位信息码判断是否出错。
任何一个由二进制数位串成的代码,都可以唯一与一个只含有0和1两个系数的多项式
建立一一对应的关系。例如 1011011 可以看成是一元多项式 x6+x4+x3+x+1 的系数。
在使用CRC编码时,发送方和接收方事先约定一个生成多项式G(x),这个多项式最高位和最低位必须是1。
1. 2016 上半年 选择题
海明码是一种纠错码,一对有效码字之间的海明距离是( D ) ,如果信息位求纠正1位错,按照海明编码规则,需要增加的校验位至少 ( B)位。
A. 两个码字的比特数之和 B. 两个码字的比特数之差
C. 两个码字之间相同的比特数 D. 两个码字之间不同的比特数
A. 3 B. 4 C. 5 D. 6
解题思路:
2. 2015 上半年 选择题
采用 CRC 进行差错校验,生成多项式 G(X) = 4 4 + X + 1 4^{4}+X+1 44+X+1,信息码为 10111,则计算出CRC 校验码为( D )。
A. 0000 B. 0111 C. 0010 D. 1100
此类题解题思路通常分为 4 步进行:
余数就是 CRC 校验码。余数不够位,前面补 0
3. 2013 下半年 选择题
循环冗余校验码CRC-16的生成多项式为G(×)=×16+x15+x2+1,它产生的校验码是( C )位,接收端发现错误采取的措施是( D )。
A.2 B.4 C.16 D.32
A. 自动纠错 B.报告上层协议 C.重新生成数据 D.自动请求重发
解题思路:
奈奎斯特定理:B=2W R = Blog2N ,N取决于调制技术。
香农定理:C = W l o g 2 ( 1 + S / N ) log_{2}(1 +S/N) log2(1+S/N)$ , db=10lg ( S/N)。
信道延迟:发送数据总时间=线路延迟+调制延迟。
线路延迟=传输距离/传输速度 调制延迟=数据帧大小/速率。
光纤与光缆:单模光纤和多模光纤。
传输模式、光源、距离、成本
数据编码:曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。
调制技术:ASK、FSK、PSK, QAM DPSK 默认是2相,QPSK是4相。
脉冲编码调制PCM :采样频率大于等于2 fmax 量化等级为N,每个样本携带 l o g 2 N log_{2}N log2N 比特位。
同步传输/异步传输,三种交换方式概念。
T1和E1载波:T1=1.544Mbps E1=2.048Mbps。
光纤多路复用OC-1=51.84Mbps SMT-1=0C-3=155Mbps。
奇偶校验、海明码和CRC循环冗余校验码原理和计算。