一、幾個概念的區(qū)分

對于基本概念的認識是非常重要的，比如說：碼元、比特、波特、幀，以及由此產生的碼元速率、比特率、波特率，還有位同步（比特同步）、幀同步等等信息。

1、碼元和碼元速率

一個數字脈沖稱為一個碼元。如字母A的ASCII碼是1000001，可用7個脈沖來表示，亦可認為由7個碼元組成。

碼元速率表示單位時間內信號波形的變換次數，即通過信道傳輸的碼元個數。

2、比特和比特率

若碼元取0和1兩個離散值，則一個碼元攜帶1比特（bit）的信息。若碼元可取4個離散值，則一個碼元攜帶2比特信息。一般的，一個碼元攜帶的信息量n（比特）與碼元取的離散值個數N具有如下關系：n=log2(N)

比特率指單位時間內信道上傳送的信息量（比特數），也叫數據速率。

3、波特及波特率

若信號碼元寬度為T秒，則碼元速率B=1/T，單位叫波特，這是為了紀念電報碼的發(fā)明者法國人波特（Baudot），故碼元速率也叫波特率，或稱作調制速率、波形速率、符號速率。

4、奈式定理

1924年奈奎斯特推導出有限帶寬無噪聲信道的極限波特率，稱為奈氏定理。若信道帶寬為W，則奈氏定理的最大碼元速率為：B=2W （Baud）

奈氏定理指定的信道容量也叫奈氏極限，它由信道的物理特性決定。超過奈氏極限傳送脈沖信號是不可能的。因此要進一步提高波特率，就必須改善信道的帶寬。

5、信道容量

數字信道的通頻帶（即帶寬）決定了信道中能不失真的傳輸脈沖序列的最高速率，即信道容量。

在一定波特率下提高數據速率的途徑是用一個碼元表示更多的比特數。若把兩比特編碼為一碼元，則數據速率可成倍提高，我們有公式：R = ?B?log2(N)= 2 W log2(N)（b/s）

公式中R表示數據速率，B、N、W的含義如上所述，單位為每秒比特（bits per second），記為bps或b/s。

6、香農公式

香農（shannon）提出有噪聲信道的極限數據速率用下述公式計算：C = W log2(1+S/N)

公式中，W?為信道帶寬，S?為信號的平均功率，N?為噪聲平均功率，?叫信噪比。

7、信道延遲

是指信號在信道中從源端到達宿端需要的時間。它與信道的長度及信號傳播速度有關。電信號一般已接近光速的速度（300m/μs）傳播，但隨介質的不同而略有差別。例如，電纜中的傳播速度一般為光速的77%，即200m/μs左右。

一般來說，考慮信號從源端到達宿端的時間是沒有意義的，但對于一種具體的網絡，我們經常對該網絡中相距最遠的兩個站之間的傳播時延感興趣。這時要考慮信號傳播速度即網絡通信線路的最大長度。如500m銅軸電纜的時延大約是2.5μs，遠離地面3.6萬公里的衛(wèi)星，上行和下行的時延均約270ms。

二、位同步

1、目的、原因及一般方法

（1）目的：使接收端接收的每一位信息都與發(fā)送端保持同步。

說人話：位同步（比特同步）的目的是為了將發(fā)送端發(fā)送的每一個比特都正確地接收下來。這就要在正確的時刻（通常就是在每一位的中間位置）對收到的電平根據事先已約定好的規(guī)則進行判決。例如，電平若超過一定數值則為1，否則為0。

（2）原因：?數據通信雙方的計算機在時鐘頻率上存在差異，而這種差異將導致不同的計算機的時鐘周期的微小誤差。盡管這種差異是微小的，但在大量的數據傳輸過程中，這種微小誤差的積累足以造成傳輸的錯誤。因此，在數據通信中，首先要解決的是收發(fā)雙方計算機的時鐘頻率的一致性問題。

（3）一般方法：求接收端根據發(fā)送端發(fā)送數據的起止時間和時鐘頻率，來校正自己的時間基準和時鐘頻率。

三、幀同步

1、異步通信中

僅僅有位同步還不夠。?因為數據要以幀為單位進行發(fā)送。若某一個幀有差錯，以后就重傳這個出錯的幀。因此一個幀應當有明確的界限，也就是說，要有幀定界符。接收端在收到比特流后，必須能夠正確地找出幀定界符，以便知道哪些比特構成一個幀。接收端找到了幀定界符并確定幀的準確位置，就是完成了"幀同步"(frame synchronization)。

異步通信方式在計算機網絡中使用得較多。我們可以注意到，數據幀在接收端出現的時間是不規(guī)則的。因此在接收端必須進行幀定界。但幀定界也常稱為幀同步。因此，當我們看到"幀同步"時，應當弄清這是同步通信中的幀同步，還是異步通信中的幀定界。

以字符為單位的異步通信中，由于每一個字符只有8個比特，因此只要收發(fā)雙方的時鐘頻率相差不太大，在開始位的觸發(fā)下，這8個比特的位同步很容易做到，因此不需要采取其他措施來實現位同步（但不等于說可以不要位同步）。

2、同步通信中

在使用PCM的時分復用通信中（這種通信都采用同步通信方式），接收端僅僅能夠正確接收比特流是不夠的。接收端還必須準確地將一個個時分復用幀區(qū)分出來。因此要利用特殊的時隙（包含有一些特殊的比特組合），使接收端能夠把每一個時分復用幀的位置確定出來，這也叫做幀同步。

同步通信方式在電信網中使用得非常廣泛，其中的一個重要特點是在發(fā)送端連續(xù)不斷地發(fā)送比特流中，即使有的時隙沒有被用戶使用，但用于同步的時隙也要保留在時分復用幀中的相應位置上。在同步通信中幀同步的任務就是使接收端能夠從收到的連續(xù)比特流中確定出每一個時分復用幀的位置。

在同步通信中，最精確的同步方法是使全網時鐘精確同步。全網的主時鐘的長期精度要求達到 ± 1.0 ? 1011，因此必須采用原子鐘（例如，銫原子鐘），但這樣的同步網絡的價格很高（如SDH/SONET網絡）。實際上，在同步通信中，也可以采用比較經濟的方法實現同步。這種方法就是在接收端設法從收到的比特流中將位同步的時鐘信息提取出來（發(fā)送端在發(fā)送比特流時，發(fā)送時鐘的信息就已經在所發(fā)送的比特流之中了）。這種同步方式常稱為準同步(plesiochronous)。

在教材中的圖3-16中介紹的曼徹斯特編碼就能夠使接收端很方便地從收到的比特流中將時鐘信息提取出來，這樣就能夠很容易地實現位同步。在以幀為傳送單位的異步通信中，接收端通常也是采用從收到的比特流中提取時鐘信息的方法來實現位同步。

3、注意

強調一下，在異步通信時，接收端即使找到了數據幀的開始處，也還必須將數據幀中的所有比特逐個接收下來。因此，接收端必須和數據幀中的各個比特進行比特同步（這就是異步通信中的同步問題）。試想：如果接收端不知道每一個比特要持續(xù)多長時間，那怎樣能將一個個比特接收下來呢？因此，不管是同步通信還是異步通信，要想接收比特塊中的每一個比特，就必須和比特塊中的比特進行位同步（比特同步）。

四、曼徹斯特編碼

自同步法是指能從數據信號波形中提取同步信號的方法。典型例子就是著名的曼徹斯特編碼，常用于局域網傳輸。在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作時鐘信號，又作數據信號；從高到低跳變表示"1"，從低到高跳變表示"0"。還有一種是差分曼徹斯特編碼，每位中間的跳變僅提供時鐘定時，而用每位開始時有無跳變表示"0"或"1"，有跳變?yōu)?#34;0"，無跳變?yōu)?#34;1"。

兩種曼徹斯特編碼是將時鐘和數據包含在數據流中，在傳輸代碼信息的同時，也將時鐘同步信號一起傳輸到對方，每位編碼中有一跳變，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的抗干擾性能。但每一個碼元都被調成兩個電平，所以數據傳輸速率只有調制速率的1/2。

就是說主要用在數據同步傳輸的一種編碼方式。

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