现场总线 数据通信基础知识.ppt

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1、第二章 数据通信基础,本章内容：1、数据通信的基本概念、基础知识；2、不同通信系统特点及信号的编码方式；3、数据交换常用方法-电路交换、报文交 换及报文分组交换；4、介质访问控制方法及差错控制技术。,2,一、数据通信基础知识,1、基本概念信息:数据所包含的内容和解释。数据:是传递信息的载体，是事物的表现形式。它包含了事物的内容，例如一个文件中的文字、符号、图形、数码都是用数据来表示的。信号:信号是数据的载体，信号的表现形式：声、光、电。信源：产生和发送信号的设备。信宿：接收和处理信息的设备。信道:传输信息的通道（模拟信道与数字信道）,3,信号带宽:信号覆盖的频率范围。信道带宽：能传输信号的最大

2、范围。基带信号:信号固有的频率范围。基带传输：以信号的原始形式直接传输。频带传输：频带传输就是先将基带信号变换（调制）成便于在模拟信道中传输的、具有较高频率范围的模拟信号（称为频带信号），再将这种频带信号在模拟信道中传输。噪声：信号传输过程中的干扰。误码率：数据被传错的概率。数据传输速率（后面单独介绍）,4,2、通信信道的分类有线信道和无线信道模拟信道和数字信道专用信道和公共交换信道,5,3、异步和同步传输 异步传输（A s y n c h r o n o u s Tr a n s m i s s i o n）比特被划分成小组独立传送。发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方从不知道它们会

3、在什么时候到达。异步传输被设计用于低速设备，比如键盘和某些打印机等。,传输在右边起始,6,同步传输（Synchronous Tr a n s m i s s i o n）位同步：每位均有同步信号。帧同步：它不是独立地发送每个字符，而是把它们组合为数据帧一 起发送。在每帧前面加特殊的同步头。,7,4、数据通信的主要技术指标码元与比特信号传输时的一个波形单元称为一个码元（指信号）；二进制数的一位称为一比特（指二进制数据）。数据传输速率S（比特率）单位时间内所传送的二进制代码的有效比特数（bps)。信号传输速率B（波特率）单位时间内所传送的波形单元数(Baud)。S=Blog2NN为一个码元所取的有

4、效离散值的个数，一般取2的方幂。误码率Pe二进制码元在传输中出错的概率：Pe=Ne/NN为二进制总位数，Ne为出错的位数。,8,二、通信系统简介,模拟通信：以模拟信号形式在信道上传送数据(频带)数字通信：以数字信号形式在信道上传送数据(基带)模拟信号容易失真、数字信号可以避免失真（有效 距离内）,1、通信系统组成,9,2、模拟通信系统,信源,信宿,调制器,解调器,模拟信道,模拟信号,模拟信号,10,3、数字通信系统,信源,数字信道,信宿,数字信号,数字信号,节点利用数据局的数字通讯系统进行通信,11,数字信号编码：对数字信号进行编码，以适合信道传输传输。分为：数字信号的模拟编码和数字信号的数字

5、编码。1.数字信号的模拟编码 以正弦信号为载波，改变载波特征进行编码。有三种编码方法。,三、信号的编码技术（信道编码）,（2）移频键控法（FSK,frequency shift keying）：用载波频率附近的两种不同频率表示二进制的两种状态；,（3）移相键控法（PSK,Phase shift keying）：用载波信号相位移动表示二进制的两种状态；,（1）移幅键控法（ASK，Amplitude shift keying）:用载波的两种不同幅度表示二进制的两种状态,12,移幅键控法(ASK),移频键控法(FSK),移相键控法(PSK),13,单极性码：无电压表示“0”，高电压表示“1”；双极性

6、码：“1”码和“0”码都有电流，“1”为正电流，“0”为负电流；归零码：每位信息位传输后返回零电平的编码；非归零码：整个码元期间维持有效电平；曼彻斯特编码（自带时钟的编码）：每比特的周期T分为两个相等的部分，从高到低跳变表示“1”，从低到高跳变表示“0”，中间的电平跳变作为双方的同步信号。（某些系统的0，1信号表示法相反，0到1跳变表示1）差分曼彻斯特编码：每比特的周期T分为两个相等的部分，起始部分有跳变表示“0”，无跳变表示“1”,2、数字信号的数字编码技术,14,非归零码(NRZ),曼彻斯特码,差分曼彻斯特码,跳变表示“0”,不跳变表示“1”,中间跳变,中间跳变,15,四、数据通信方式,1

7、、并行通信,2、串行通信,3、通信的方向单工通信半双工通信双工通信,16,(1)频分多路复用FDM将多个信号调制在不同的载波频率上，互不干扰，同时传输。,五、信道共享,1.多路复用技术,17,(2)时分多路复用TDM将传输时间划分为多个短而不重叠的时隙，分时传输，数字通信方式。,起始数据,18,3、波分多路复用（WDM）不同波长的光载波同在一根光纤上传输，是光纤上的频分复用技术。,19,六、数据交换技术（通信子网内部）,1、线路交换方式,B,A,C,D,E,F,7,5,4,3,2,1,6,通信时通信双方在通信子网建立起实际的物理线路连接。,20,（1）报文交换：数据报文经过多个结点传送到目的地

8、。,2、存储转发方式,21,将报文分割为若干个段，各个段沿不同路线传送到目的地。,B,A,C,D,E,F,7,5,4,3,2,1,6,（2）报文分组交换：,22,（1）带有冲突检测的载波侦听多路存取方法CSMA/CD（IEEE 802.3）（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）先听再讲，三种CSMA方法:非坚持型CSMA1-坚持型CSMA 空闲时，立即发送数据，如冲突，等待一个随机时间，重新监听发送。P-坚持型CSMA（2）令牌总线Token Ring（IEEE 802.4）,七、竞争的介质访问方法,23,（3）令牌环Token

9、Bus（IEEE 802.5）,24,八、差错控制技术,差错是指在数据通信中，接收端接收的数据与发送端实际发出的数据不一致的现象。传输中的差错由多种原因引起（传输衰减、延迟畸变、噪声）。1、差错控制方法 对传输的数据进行抗干扰编码。纠错码：在发送每一组信息时发送一些附加位，接收端通过附加位对所接收的数据进行正错判断，并自动纠正错误。检错码：在发送每一组信息时发送一些附加位，接收端通过附加位对所接收的数据进行正错判断。如奇偶校验，循环冗余校验。,25,把信息码元先分组，在每组最后加一位校验码元，使该码中1的数目为奇数或偶数。偶校验校验位r=I1+I2+I3+Ip（I1Ip 为信息位）奇校验校验位

10、r=I1+I2+I3+Ip+1奇偶校验能检出所有奇数个错，但不能检出偶数个错。,2、奇偶校验,26,每个比特串看作一个多项式。通常它将比特串bn-1bn-2bn-3b2b1b0解释成多项式bn-1xn-1+bn-2xn-2+bn-3xn-3+b2x2+b1x1+b0比如，比特串1 0 0 1 0 1 0 111 0(11bits)被解释成x10+x7+x5+x3+x2+x1因为每个bi或者是0，或者是1，我们只写出bi为1的项，而不写出为0的项。CRC码的生成及校验过程如下（下页）：,3、循环冗余校验（CRC）,27,发送方,发送数据f(x),接收方,接收数据f(x),生成多项式G(x),生成多项式G(x),实际发送f(x)xk+R(x),R(x)=R(x)正确接收，否则出错,生成多项式G(x)的最高位和最低为为1，除法为模2运算（异或运算），只要传输过程中发生的差错不是G（X）的整数倍，差错都可检出。,28,假设要发送比特串为11 0 1 0 11，生成多项式为G(x)=x4+x3+1（11001）。第1步：在串尾加4个0。串就变成了11010110000第2步：将B(x)除以G(x)。余式为R(x)=x3+x，或等价的比特串1 0 1 0。第3步：比特串T=11 0 1 0 111010 就是要发送的码字。,CRC码生成举例,