工業(yè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡化控制-通信與通信概述.ppt

1、第二講 通信的基本概念,概念和通信系統(tǒng),通信：就是信息的傳遞，“傳遞”就是信息傳輸?shù)姆绞胶瓦^程。 通信系統(tǒng)組成包括，硬件，軟件和傳輸介質 硬件包括，信源、信宿、傳輸介質、收信、發(fā)信設備,通信系統(tǒng)的分類,按信號特征的分類 傳輸模擬信號的系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng) 傳輸數(shù)字信號的系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng) 兩者之間的差別是在數(shù)字通信系統(tǒng)增加了信源編碼和信道編碼。信源編碼是將模擬信號轉換為數(shù)字信號的功能；信道編碼是將信源編碼的數(shù)字信號變成適合于信道傳輸?shù)拇a型，以提高傳輸?shù)挠行院涂煽啃?重新分類,模擬通信，模擬通道傳輸模擬信號 數(shù)字通信，接收和發(fā)送是模擬信號，而傳輸是以數(shù)字過程或方式，是以數(shù)字形式傳輸模擬信號

2、數(shù)據(jù)通信，接收和發(fā)送是數(shù)字信號，而傳輸既可以是數(shù)字過程或方式，也可以是模擬過程或方式，主要指計算機之間的數(shù)據(jù)通信,數(shù)字通信的特點,抗干擾能力強 便于對信號加工與處理，計算機處理 傳輸中出現(xiàn)的誤碼可以設法修正，提高傳輸質量 數(shù)字信息易于加密，且保密性強 能夠傳輸話音、電視、數(shù)據(jù)等多種信息，增加通信的靈活性和通用性,按傳輸介質分類,有線 無線,按調制方式分類,基帶通信系統(tǒng) 調制通信系統(tǒng),按通信業(yè)務分類,電話通信 電報通信 廣播通信 電視通信 數(shù)據(jù)通信,按工作波段分類,長波通信 中波 短波 微波 光通信,通信方式,按通信數(shù)量，分為點對點，一點對多點，多點對多點 按傳輸方向與傳輸時間，單工，半雙工，雙

3、工 按通信終端的連接方式分為直通和交換方式 按數(shù)字信號傳輸順序，分串行和并行 按同步不同，分異步和同步,信道和傳輸介質,信道，信號傳輸?shù)耐緩剑?調制信道，是通過乘性干擾和加性干擾影響通信質量 編碼信道，是數(shù)字序列的變化干擾影響通信質量,傳輸介質,有線介質，雙絞線、同軸電纜、架空明線，多芯電纜，光纖 無線介質，空間和大氣,有線介質,雙絞線，屏蔽STP和非屏蔽UTP，傳輸距離幾米到十幾千米。 第一類雙絞線就是住宅常用的纏繞式電話線，只適用于語音傳輸。不適用高速數(shù)據(jù)傳輸 第二類傳輸速率4Mb/s，可語音傳輸和數(shù)據(jù)傳輸 第三類傳輸速率10Mb/s，局域網(wǎng)采用的最低檔雙絞線 第四類傳輸速率16Mb/s，

4、主要用于令牌環(huán)網(wǎng) 第五類傳輸速率100Mb/s，用于光纖分布數(shù)據(jù)接口FDDI、快速以太網(wǎng)和ATM。超五類傳輸速率可155Mb/s,同軸電纜,50的基帶同軸電纜，75 的寬帶同軸電纜 基帶同軸電纜，一條基帶同軸電纜只支持一個信道，傳輸帶寬120MHZ，能夠以10Mb/s的速率把基帶數(shù)字信號傳輸11.2km。 寬帶同軸電纜，支持的帶寬300400MHZ，傳輸距離可達100km。用于綜合服務寬帶網(wǎng)的多路復用,光纖,單模 多模,無線介質,無線電波 光波，紅外和激光 對于無線電頻率高低分為9個大波段 傳播方式,信號與噪聲,信號 噪聲，單頻噪聲，脈沖噪聲，起伏噪聲,信號頻譜與信道通頻帶,周期信號的頻譜 非

5、周期信號的頻譜 信道通頻帶,通信系統(tǒng)的性能評價,有效性和可靠性 對于模擬通信，用傳輸帶寬來衡量有效性，用接收端的信噪比來評價可靠性。帶寬由傳輸介質和信號的處理方式?jīng)Q定。 對于數(shù)字通信，用信息傳輸速率（比特率）來衡量有效性，表示單位時間內傳輸?shù)男畔⒘?；單位時間內傳輸?shù)拇a元個數(shù)為碼元傳輸速率，其單位為波特，稱為波特率。波特率體現(xiàn)系統(tǒng)傳輸信號的能力。兩者之間的關系由多進制決定,通信系統(tǒng)的性能評價,可靠性由差錯率來衡量，有兩個內容誤碼率和誤信率。 誤碼率，錯誤的碼元/傳輸?shù)目偞a元數(shù) 誤信率，錯誤的比特數(shù)/傳輸?shù)目偙忍財?shù),網(wǎng)絡的信息通信基礎,數(shù)據(jù)傳輸技術 二進制信號傳輸,以電壓或電流方式有無來反映 信號

6、傳輸：模擬信號傳輸和數(shù)字信號傳輸 數(shù)據(jù)編碼 不歸零制NRZ，無法區(qū)分一位的結束和另一位的開始 曼徹斯特編碼，用跳變或沿觸發(fā)形式，容易實現(xiàn)發(fā)送方和接收方同步 差分曼徹斯特編碼，有跳變就是0，無跳變就是1，每位之間的跳變?yōu)橥街?用模擬信號表示數(shù)據(jù),幅移鍵控法ASK，載波的幅值隨調制信號的 變化而變化 頻移鍵控法FSK，載波的頻率隨調制信號的 變化而變化 相移鍵控法PSK，載波的相位隨調制信號的 變化而變化,數(shù)據(jù)傳輸速度,數(shù)據(jù)傳輸速率，比特數(shù) 在模擬線路傳輸數(shù)字信號，需要對數(shù)字信號調制，有三種方式，AM、FM和PM。每秒線路狀態(tài)變化最大次數(shù)為調制頻率，用波特率表示 數(shù)據(jù)信號速率=調制速率*k，k

7、為1次調制可能傳送的位數(shù),兩臺設備之間的數(shù)據(jù)傳輸,異步 同步 面向字符的傳輸方案，以字符為單位，如BISYNC 面向位的傳輸方案，以位為單位，如SDLC和HDLC,多臺設備的數(shù)據(jù)傳輸,頻分多路復用FDM， 時分多路復用TDM 統(tǒng)計時分多路復用STDM 波分多路復用WDM,850,1310,1550 多路復用器MUX,信號的傳輸方式,基帶傳輸，就是在數(shù)字通信的信道上直接傳輸數(shù)據(jù)。目前局域網(wǎng)、控制網(wǎng)絡采用此方式。 載波傳輸，采用數(shù)字信號對載波進行調制后實行傳輸。 寬帶網(wǎng)。 異步傳輸模式，ATM支持多媒體通信，包括數(shù)據(jù)、語音和視頻信號，按需分配頻帶，速率達155Mbps-2.4Gbps,也有25Mb

8、ps和50Mbps的ATM，適用于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng),網(wǎng)絡中計算機的數(shù)據(jù)交換方式,線路交換方式，優(yōu)點：通信實時性強，適用于交互式通信。缺點：不具備突發(fā)性通信、系統(tǒng)效率低、不具有存儲數(shù)據(jù)的能力，不具備差錯控制能力。 存儲轉發(fā)交換方式，與線路交換方式的主要區(qū)別在于，按一定格式發(fā)送數(shù)據(jù)、目的地址、原地址和控制信息，組成報文和報文分組。通信控制處理器要完成接收數(shù)據(jù)、差錯校驗、存儲、路選和轉發(fā)功能。 數(shù)據(jù)報方式，傳輸延時較大,適用于突發(fā)通信,不善于長報文,會話式通信 虛電路方式,節(jié)點需要做差錯檢測,無需做路徑選擇,節(jié)點之間可建立多條虛電路連接,交換方式的總結,線路交換方式適合于高負荷的持續(xù)通信要求，尤其是會

9、話式通信與語音、圖像通信，不適合突發(fā)性通信 報文交換方式適合于長報文、無實時要求的通信，不適合會話式通信； 數(shù)據(jù)報方式適合于靈活的突發(fā)性短報文傳輸，不適合會話式和有實時性要求的通信； 虛電路方式既適合于定時、定對象、長報文通信，也適合會話式通信和語音、動態(tài)圖像和圖形通信要求,網(wǎng)絡互連設備,中繼器 網(wǎng)橋 路由器 網(wǎng)關,差錯檢測與控制,糾錯碼方案,讓每個傳輸?shù)膱笪姆纸M帶上足夠的冗余信息,以便在接收端發(fā)現(xiàn)并自動糾正傳輸錯誤。復雜、造價高、費時間，不易采用。 檢錯碼方案,讓報文分組僅包含足以使接收端發(fā)現(xiàn)的冗余信息,但不能確定哪一位出錯,而且自己本身不能糾正傳輸差錯。簡單、易實現(xiàn)、編解碼快，廣泛使用 奇

10、偶校驗碼 循環(huán)冗余編碼CRC,幾種常用的檢錯碼,奇偶校驗碼； 水平奇偶校驗碼； 二維奇偶校驗碼 群計數(shù)碼 恒比碼,ITS中的通信技術,智能交通系統(tǒng)ITS-intelligent transport system 最早在美國出現(xiàn)，60年代末 隨后日本和歐盟跟隨。 目前三大基地，美國、日本和歐盟 日本提出智能交通系統(tǒng)的名稱,ITS的組成,先進的交通信息系統(tǒng)ATIS，提供與交通有關的公共信息。 先進的交通管理系統(tǒng)ATMS，對交通科學、合理、準確的管理與控制系統(tǒng)。例如ETC 先進的車輛系統(tǒng)，是最復雜的子系統(tǒng)。無人駕駛、群控制 先進的公共交通系統(tǒng)APTS，功能輔助管理 商用車輛運營系統(tǒng)CVOS，貨車、出租、公交車和緊急車輛與公共交通的關系研究,ITS中的信息,向交通設施使用者發(fā)布的公共信息，氣象、路況、阻塞、事故、車輛到達、售票信息。 交通管理部門的內部信息 收費信息 交