物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)復(fù)習(xí)知識點

1、第一部分概述第0章概述物聯(lián)網(wǎng)的框架結(jié)構(gòu)信息的感知控制層數(shù)據(jù)采集子層短距離通信傳輸子層協(xié)同信息處理子層網(wǎng)絡(luò)傳輸層應(yīng)用層物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)感知控制層通信目的:將各種傳感設(shè)備所感知的信息在較短的通信距離內(nèi)傳送到信息匯聚系統(tǒng),并由該系統(tǒng)傳送(或互聯(lián)到網(wǎng)絡(luò)傳輸層。特點:傳輸距離近,傳輸方式靈活,多樣承載平臺:有線、無線等網(wǎng)絡(luò)傳輸層通信:如基于IP的通信協(xié)議由數(shù)據(jù)通信主機(或服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機、路由器等構(gòu)成,在數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)絡(luò)支撐下的計算機通信系統(tǒng)?？捎晒婋娫捊粨Q網(wǎng)PSTN、全球移動通信系統(tǒng)GSM,碼分多址CDMA、時分同步碼分多址TDCDMA,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)DDN、異步傳輸模式ATM,幀中繼第1篇數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)第1

2、章通信的基本模型與概念1.基帶信號:信源(信息源,也稱發(fā)送端發(fā)出的沒有經(jīng)過調(diào)制(進(jìn)行頻譜搬移和變換的原始電信號,信號頻譜從零頻附近開始,具有低通形式。根據(jù)原始電信號的特征,基帶信號可分為數(shù)字基帶信號和模擬基帶信號(相應(yīng)地,信源也分為數(shù)字信源和模擬信源。其由信源決定。2.頻帶信號:已調(diào)信號。在通信中,由于基帶信號具有頻率很低的頻譜分量,出于抗干擾和提高傳輸率考慮一般不宜直接傳輸,需要把基帶信號變換成其頻帶適合在信道中傳輸?shù)男盘?變換后的信號就是頻帶信號。3.模擬通信系統(tǒng)模型 4.數(shù)字通信系統(tǒng)模型 5.通信系統(tǒng)的分類按調(diào)制方式分:載波調(diào)制脈沖調(diào)制按信號特征分:模擬通信數(shù)字通信按傳輸媒介分:有線無線

3、 按信號復(fù)用分:頻分時分碼分 6. 通信方式單工通信半雙工通信全雙工通信 串行通信方式并行通信方式7. 信息量: 信息多少的量度。在信息論中,認(rèn)為信源輸出的消息是隨機的。即在未收到消息之前,是不能肯定信源到底發(fā)送什么樣的消息。而通信的目的也就是要使接收者在接收到消息后,盡可能多的解除接收者對信源所存在的疑義(不確定度,因此這個被解除的不定度實際上就是在通信中所要傳送的信息量。例,設(shè)二進(jìn)制離散信源以相等的概率發(fā)送0或1,且相互獨立,則信源輸出的每個符號所含信息量為多少?消息的信息量:一條消息由若干個事件組成,如果 各事件相互獨立,那么所有事件發(fā)生的概率即為各個事件信息量的總和例,一離散信源由0,

4、1,2,3,四個符號組成,它們出現(xiàn)的概率分別3/8,1/4,1/4,1/8,且每個符號的出現(xiàn)相互獨立,則試求以下信息的信息量是多少?log (a I P x =-221(0log log 21(01(1log log 21(1aa I P I P =2231(03log (12log I I =- =-121(.log (na i i I I P x I P x P x =+=-收到一個符號時獲得的平均信息量例,一離散信源由0,1,2,3,四個符號組成,它們出現(xiàn)的概率分別3/8,1/4,1/4,1/8,且每個符號的出現(xiàn)相互獨立,則試求信息2010230213的平均信息量是多少?8. 數(shù)據(jù)通信系

5、統(tǒng)中的主要性能指標(biāo)比特(bit: 是“信息量”的計量單位,1位二進(jìn)制數(shù)所攜帶的信息量即為1bit(比特,例如,10010110是8位二進(jìn)制數(shù)字,所攜帶的信息量為8bit 。碼元: (code cell是攜帶信息的數(shù)字單位,是指在數(shù)字信道中傳送數(shù)字信號的一個波形符號,也即“時間軸上的一個信號編碼單元”。在數(shù)字通信中常常用時間間隔相同的符號來表示一個二進(jìn)制數(shù)字,這樣的時間間隔內(nèi)的信號稱為(二進(jìn)制碼元。碼元和比特的關(guān)系:一個以m 波特傳送信號的線路,其傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)的速率不一定是m 比特/秒,因為每個信號可以運載幾個比特,例如,若使用0、1、2、3、4、5、6、7共8個電平級,則需要23,即3個比特

6、來表示一個信號值,可以理解為一個碼元為三個比特。21(log (ni i i H x P x P x =-222233111111log log log log 884444881.906(/H bit =- =符號信息傳輸速率:通信線路(或系統(tǒng)單位時間(每秒內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?即每秒能傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù),通常用Rb表示,其單位是比特/秒(bit/s或b/s,英文縮略語為bps。碼元傳輸速率:其定義為每秒鐘傳送碼元的數(shù)目,單位為"波特",又可以稱為波特率碼元速率和數(shù)據(jù)速率的關(guān)系:Rb=RBlbM誤比特率=傳輸中出錯信息的比特個數(shù)/傳輸信息的比特總數(shù)*100%。誤碼率=傳輸中的出錯

7、碼元的個數(shù)/傳輸?shù)拇a元的總個數(shù)*100%。誤碼率與誤比特率的關(guān)系:誤比特率=誤碼率/(log2M信噪比是信號與噪聲的平均功率之比書上例題 1.5.1-1.5.2SN S P N P第2章 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)理論1. 時域分析:在時域內(nèi)對信號進(jìn)行濾波、放大、統(tǒng)計特征計算、相關(guān)性分析等處理,統(tǒng)稱為信號的時域分析。波長: 在波動中,振動相位總是相同的兩個相鄰質(zhì)點間的距離,叫做波的波長周期T :任一質(zhì)點完成一次全振動所用的時間用符號T 表示,周期的單位是s 。頻率f :介質(zhì)中任一質(zhì)點在單位時間內(nèi)完成的全振 動的次數(shù),用符號f 表示。單位是Hz. 波速v :單位時間內(nèi)振動(波形所傳播的距離。2. 頻域分析:

8、在信號頻域分析是采用傅立葉變換將時域信號x(t變換為頻域信號X(f,從而幫助人們從另一個角度來了解信號的特征。 頻域任一信號,只要符合一定條件都可以分解為一系列不同頻率的正弦(或余弦分量的線性疊加;每一個特定頻率的正弦分量都有它相應(yīng)的幅度和相位。3. 頻譜:對于一個信號,它的各分量的幅度和相位分別是頻率的函數(shù);或者合起來,它的復(fù)數(shù)幅度是頻率的函數(shù)。這種幅度(或相位關(guān)于頻率的函數(shù),就稱為信號的頻譜。頻譜圖:當(dāng)把信號頻譜,即幅度(或相位關(guān)于頻率的變化關(guān)系用圖來表示,就形成頻譜圖 4. 傅里葉級數(shù):展開其實只是在做一個動作,那就是把函數(shù)“投影”到一系列由三角函數(shù)構(gòu)成的“坐標(biāo)軸”上5. 傅里葉變換:傅

9、里葉級數(shù)針對的是周期信號。即可針對周期信號,也可針對非周期信號的是傅里葉變換 傅里葉逆變換6. 信號帶寬:是信號頻譜的寬度,也就是信號的最高頻率分量與最低頻率分量之差例:如果方波信號基頻為500Hz ,最高頻率分量是11次諧波的頻率為5.5kHz ,其帶寬只需要5kHz ,遠(yuǎn)小于信道帶寬,是否就能很好地通過信道(通帶為1.5kHz 至15kHz ,其帶寬為13.5kHz 呢?其實,該信號在信道上傳輸時,基頻被濾掉了,僅各次諧波能夠通過,信號波形一定是不堪入目的。 7. 交換技術(shù):電路交換、報文交換和分組交換電路交換:由于電路交換在通信之前要在通信雙方之間建立一條被雙方獨占的物理通路(由通信雙方

10、之間的交換設(shè)備和鏈路逐段連接而成。報文交換:報文交換是以報文為數(shù)據(jù)交換的單位,報文攜帶有目標(biāo)地址、源地址等信息,在交換結(jié)點采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸方式。分組交換:分組交換仍采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)傳輸方式,但將一個長報文先分割為若干個較短的分組,然后把這些分組(攜帶源、目的地址和編號信息逐個地發(fā)送出去。分組交換有數(shù)據(jù)報和虛電路兩種交換方式數(shù)據(jù)報:在目的地需要重新組裝報文。優(yōu)點:如有故障可繞過故障點。缺點:不能保證按順序到達(dá),丟失不能立即知曉。虛電路:在數(shù)據(jù)傳輸之前必須通過虛呼叫設(shè)置一條虛電路。它適用于兩端之間長時間的數(shù)據(jù)交換。優(yōu)點:可靠、保持順序;缺點:如有故障,則經(jīng)過故障點的數(shù)據(jù)全部丟失.第三章數(shù)據(jù)通信中的信

11、道1.信道的模型 2.狹義信道:發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間用以傳輸信號的傳輸媒介定義為狹義信道3.廣義信道: 從研究消息傳輸?shù)慕嵌?我們所關(guān)心的是通信系統(tǒng)的基本問題,除了傳輸媒介,還包括調(diào)制器,加密,編碼等部分,這種擴(kuò)大了范圍的信道叫廣義信道。4.恒參信道:信道的各項參數(shù)不隨時間變化的信道,它對信號的影響是確定的。恒參信道是對信號的影響是確定的或者是變化極其緩慢的,通常包括明線,對稱電纜,同軸電纜,光纖,衛(wèi)星中繼等。5.隨參信道:信道的各項參數(shù)隨時間變化的信道,它對信號的影響一般是不確定的。隨參信道是指信道傳輸特性承時間快速變化的信道,常見的隨參信道有陸地移動信道,短波電離層反射信道,超短波流星余

12、跡散射信道,超短波及微波對流層散射信道等。6.離散信道:信道中信號在時間和幅度上都是離散的,則信道是離散信道。7.連續(xù)信道:信道中信號在時間和幅度上都是連續(xù)的,則信道是連續(xù)信道。8.無記憶信道:信道的當(dāng)前輸出僅與當(dāng)前輸入有關(guān)。9.有記憶信道:信道當(dāng)前輸出不僅與當(dāng)前輸入有關(guān),而且還與以前的輸入有關(guān)。10.模擬信道:傳輸模擬信號的信道。11. 數(shù)字信道:傳輸數(shù)字信號的信道12. 物理信道:一個實際存在的物理實體信道稱為物理信道,包含實際存在的物理設(shè)備和傳輸物理媒質(zhì)。13. 邏輯信道:采用多路復(fù)用技術(shù)在一個物理信道中來傳輸多路信號而劃分的信道稱為邏輯信道。14. 信道的容量:是衡量最大傳輸能力的重要

13、參數(shù)。離散信道的信道模型用轉(zhuǎn)移概率表示!連續(xù)信道的信道模型用時變線性系統(tǒng)來表示!15. 是發(fā)送端發(fā)送的概率 是信道輸出符號為 而信道輸入符號為 的條件概率. 16. 互信息量:后驗概率與先驗概率之比的對數(shù)稱為互信息量:17. 信道傳輸?shù)钠骄畔⒘?例:設(shè)信息源由符號0和1組成,順次選擇兩符號構(gòu)成所有可能的消息,如果消息傳輸速率是每秒1000符號,且符號出現(xiàn)的概率相等。傳輸中,平均每100符號 中有一個符號不正確,試問這時傳輸?shù)男畔⒌钠骄畔⒘渴嵌嗌?(/(,log(/(/i i i i i i i i i i i P x y I x y P x lbP x lbP x y lbP x lbP

14、x y = =-+ = -(i P x i x (/i i P x y i x i y 111(,(,(/(/(/i i nmni i i i i i i i j i I X Y E I x y P x lbP x P y P x y lbP x y H X H X Y = =-=-22221111(log log 1(/2222(/(0.99log 0.990.01log 0.010.081(/(/10.0810.919H X bit H X Y bit I X Y =-+=-+ =-=符號符號18.信息傳輸速率:指信道在單位時間內(nèi)所傳輸?shù)钠骄畔⒘?用R 表示,即例:設(shè)信息源由符號0和1組

15、成,順次選擇兩符號構(gòu)成所有可能的消息,如果消息傳輸速率是每秒1000符號,且符號出現(xiàn)的概率相等。傳輸中,平均每100符號 中有一個符號不正確,試問這時傳輸?shù)男畔⒌乃俾适嵌嗌?19. 信道容量:一個信道的傳輸通力應(yīng)用信道最大可能傳輸?shù)乃俾蕘砗饬?即對于一切可能 的信源概率分布,信道傳輸信息的速率R 的最大值為信道容量,記為C信道容量定義為信道中每個符號平均所能傳遞的最大信息量,也就是最大 I (X ;Y值。此時輸入的概率分布稱為最佳輸入分布.20. 連續(xù)信道的信道容量:在有噪聲信道中,若信道帶寬為,信道輸出的信號功率為 ,以及連續(xù)信道的容量為上式也叫香農(nóng)公式。它表明,當(dāng)信號與作用在信息上的起伏噪

16、聲的平均功率時,在具有一定頻帶寬度B 的信道上, 理論上單位時間內(nèi)可能 傳輸?shù)男畔⒘康臉O限值。電視圖像可以大致認(rèn)為由300000個小像元組成。對于一般要求的對比度,每一像元大約取10個可辨別的亮度電平(例如對應(yīng)(/(/(l l l l R H X H X Y H X rH X H X Y rH Y =-= = (,(/1000(0.919(919(/b R r I X Y r H x H x y bit bit =- = =符號/秒/符號秒(max max (;max (/P x P x P x l l C R I X Y H X H X Y = =-(B Hz (B Hz (S W (1/(

17、/secC Blb S N bit =+黑色,深灰色,淺灰色,白色等?，F(xiàn)假如對于任何像元,10個亮度電平是等概率出現(xiàn)的,每秒發(fā)送30幀圖像;還已知,為了滿意地重現(xiàn)圖像,要求信噪比為1000(即30dB .在這種條件下,我們來計算傳輸上述信號所需要的帶寬。每一個像元能以概率取10個亮度電平,所以每個像元的信息量 為每秒內(nèi)傳送的信息量為無線信道21. 雙絞線(Twisted Pair :雙絞線是兩根絕緣銅線相互纏繞而成的有規(guī)則的螺旋形介質(zhì),由1對線作為一條通信線路,計算機網(wǎng)絡(luò)中常用的是由4對雙絞線構(gòu)成雙絞線電纜。22.同軸電纜(Coaxial Cable 以硬銅線為芯,外包一層絕緣材料和網(wǎng)狀的外屏

18、蔽層,上面又覆蓋一層保護(hù)性材料。 23. 光纖: 光導(dǎo)纖維簡稱為光纖(optical fiber,它是發(fā)展最為迅速的傳輸介質(zhì)。無線信道24.無線電波:波長從幾千米到0.3米左右,一般的電視和無線電廣播的波段就是用這種波; 25.微波:波長從0.3米到10-3米,這些波多用在雷達(dá)或其它通訊系統(tǒng); 26.紅外線:波長從10-3米到7.8×10-7米; 27. 可見光:這是人們所能感光的極狹窄的一個波段.波長從(783.8×10-6厘米.光是原子或分子內(nèi)的電子運動狀態(tài)改變時所發(fā)出的電磁波.由于它是我們能夠直接感受而察覺的電磁波2log 10 3.32(bit =26log 103

19、000*.910(bit =極少的那一部分;28.紫外線:波長從3×10-7米到6×10-10米.這些波產(chǎn)生的原因和光波類似,常常在放電時發(fā)出.由于它的能量和一般化學(xué)反應(yīng)所牽涉的能量大小相當(dāng),因此紫外光的化學(xué)效應(yīng)最強;29.倫琴射線:這部分電磁波譜,波長從2×10-9米到6×10-12米.倫琴射線(X射線是電原子的內(nèi)層電子由一個能態(tài)跳至另一個能態(tài)時或電子在原子核電場內(nèi)減速時所發(fā)出的;30.射線:是波長從10-1010-14米的電磁波.無線電波的傳播方式31.地波傳播:無線電波沿地球表面?zhèn)鞑サ竭_(dá)接收端的傳播方式32.天波傳播:自發(fā)射天線發(fā)射的電波,在高空被

20、電離層反射回來到達(dá)接收端的傳播方式33.地波-電離層波導(dǎo)傳播:電波在地面-電離層傳播,通常用來長距離通信。34.視線傳播:發(fā)射的電磁波像光線一樣直線傳播或經(jīng)過大地反射到接收端的傳播方式。35.散射傳播:利用對流層或電離層中的不對稱性來散射無線電波,使無線電波傳播到視距以外的地方的傳播方式。36.外大氣層及行星際空間電波傳播:電波傳播的空間主要是在外大氣層或行星際空間,并且是以宇宙飛船、人造地球衛(wèi)星或星體為對象,在地空或空空之間傳播方式。第四章 信源編碼抽樣1. 抽樣:對模擬信號在時域上的離散化,即對一個時間連續(xù),幅度也連續(xù)的信號轉(zhuǎn)變成時間離散,幅度連續(xù)的信號的過程。2. 自然抽樣:在調(diào)制中,得

21、到的已調(diào)信號xs(nTs的脈沖頂部和原模擬信號波形相同。這種抽樣常稱為自然抽樣。3. 平頂抽樣:在實際應(yīng)用中,則常用“抽樣保持電路”產(chǎn)生的抽樣信號,平頂抽樣。4. 低通抽樣定理:對于一個頻率范圍在0, f H 范圍的時間連續(xù)信號x(t, 若抽樣頻率f s 2f H ,對其均勻抽樣,則x(t被x s (nT s ( 完全確定,或者說抽樣信號x s (nT s 將無失真地恢復(fù)出x(t即若抽樣頻率f s 2f H ,則X s (f 中包含的每個X (f 互不重疊,就能夠用一個低通濾波器分離X (f ,也就是能從抽樣信號中恢復(fù)原信號。 這一最低抽樣速率2f H 稱為奈奎斯特速率。與此相應(yīng)的最小抽樣時間

22、間隔稱為奈奎斯特間隔。5. 帶通模擬信號的抽樣定理:設(shè)帶通模擬信號的頻帶限制在f L 和f H 之間,信號帶寬B = f H -f L 。則此帶通模擬信號所需最小抽樣頻率f sn 為小于 (f H / B的最大整數(shù)部分,n =1,2,;例 4.1.1 量化6. 均勻量化:把輸入信號的取值區(qū)域按距離均勻分割的量化稱為均勻量化。即量化間隔是均勻的。(s s s x nT x t s nT =2(2H s f nB f B n -=+ 7.非均勻量化:把輸入信號的取值區(qū)域按距離非均勻分割的量化稱為非均勻量化。量化間隔隨信號抽樣值的不同而變化:信號抽樣值小時,量化間隔也小;信號抽樣值大時,量化間隔v也

23、變大。在信號發(fā)射端,為實現(xiàn)非均勻量化,信號需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖儞Q,通常這一變換過程稱為壓縮壓縮y = f(x,在信號接收端,信號需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆醋儞Q,通常這一變換過程稱為擴(kuò)張擴(kuò)張x= f-1(y,關(guān)于電話信號的壓縮特性,國際電信聯(lián)盟(ITU制定了兩種建議,即A壓縮律和壓縮律,以及相應(yīng)的近似算法- 13折線法和15折線法。我國大陸、歐洲各國以及國際間互連時采用A律及相應(yīng)的13折線法;北美、日本和韓國等少數(shù)國家和地區(qū)采用律及15折線法。8.非均勻量化的過程:書上41頁。9.均勻量化和非均勻量化比較若用13折線法中的(第一和第二段最小量化間隔作為均勻量化時的量化間隔,則13折線法中第一至第八段包含的均勻

24、量化間隔數(shù)分別為16、16、32、64、128、256、512、1024,共有2048個均勻量化間隔,而非均勻量化時只有128個量化間隔。因此,在保證小信號的量化間隔相等的條件下,均勻量化需要11比特編碼,而非均勻量化只要7比特就夠了。10.量化噪聲:在語言編碼通信中,解調(diào)后信號和原傳遞信號的差異是因幅度和時間的量化而產(chǎn)生的,這種失真稱為量化失真。因為這種失真和雜亂的干擾一樣,聽起來和元件產(chǎn)生的熱噪聲相似,所以叫做量化噪聲。11.加性噪聲:一般指熱噪聲、散彈噪聲等,它們與信號的關(guān)系是相加,不管有沒有信號,噪聲都存在12.脈沖編碼調(diào)制PCM:是Pulse Code Modulation的縮寫。脈

25、沖編碼調(diào)制是數(shù)字通信的編碼方式之一。主要過程是將話音、圖像等模擬信號每隔一定時間進(jìn)行取樣,使其離散化,同時將抽樣值按分層單位四舍五入取整量化,同時將抽樣值按一組二進(jìn)制碼來表示抽樣脈沖的幅值。13.逐次比較法編碼原理: 14.自然二進(jìn)制碼、格雷二進(jìn)制碼,折疊二進(jìn)制碼(書4515.增量調(diào)制:增量調(diào)制的基本原理是于1946年提出的,它是一種最簡單的差值脈沖編碼。每個抽樣值不是獨立編碼,而是先根據(jù)前幾個抽樣值計算出一個預(yù)測值,再取當(dāng)前抽樣值和預(yù)測值之差。將此差值編碼并傳輸;基本量化噪聲:過載量化噪聲:(a 基本量化噪聲e(t (b 過載量化噪聲e(t第五章數(shù)字基帶傳輸1.基帶傳輸:不經(jīng)過調(diào)制直接進(jìn)行數(shù)

26、字信號傳輸?shù)膫鬏敺绞?.頻帶傳輸:將數(shù)字基帶信號經(jīng)過載波調(diào)制后傳輸?shù)膫鬏敺绞?.碼型: 數(shù)字信號的電脈沖結(jié)構(gòu)。4.碼型變換:數(shù)字信息的電脈沖表示過程中傳輸代碼之間的變換。碼型變換相當(dāng)于信道編碼,其目的是使信號利于信道傳輸。5.單極性碼,6.雙極性碼,7.單極性歸零碼(過渡碼型:8.雙極性歸零碼,9.差分編碼10.過渡碼型,可以直接提取同步信號,是針對其他適合信道傳輸,但不能直接提取同步信號的碼型,可將其變換為單極性歸零碼后提取同步信號!11.帶限系統(tǒng)對脈沖信號的影響:數(shù)字信號是由一個個脈沖組合而成的序列,其輸入信號的頻譜較寬,而信道對于信號的各個頻率成分傳輸?shù)乃ズ氖遣煌?各個頻率成分在經(jīng)過不

27、同衰減后,再疊加在一起的波形肯定與原來的有形狀不同了。當(dāng)一個脈沖通過低通信道號,輸出的是一個時間上展寬的信號,這是由于輸入沖激函數(shù)的頻譜無限寬,而其中只有一部分能通過信道,這部分對應(yīng)的時域信號就有一個長長的拖尾。12.碼間干擾:通信時,發(fā)送端是一個脈沖(碼元一個脈沖(碼元傳輸?shù)?在接收端接收信號時,恢復(fù)數(shù)據(jù)時,信號的拖尾可能會影響前一個碼元和下一個碼元的判決即它對其它碼元的判決引起的干擾稱為碼間干擾13.均衡:指對系統(tǒng)傳輸特性的補償和校正。14.均衡器:在基帶系統(tǒng)中插入的可以校正或補償?shù)南到y(tǒng),其位置在接收濾波器之后抽樣判決前。目的是減少碼間干擾。15.時域均衡:時域均衡,則是直接從時間響應(yīng)考慮

28、,使包括均衡器在內(nèi)的整個系統(tǒng)的沖激響應(yīng)滿足無碼間串?dāng)_條件。時域均衡原理:利用均衡器產(chǎn)生相應(yīng)波形去補償畸變的波形,關(guān)在最后通過抽樣判決來最有效地消除碼間干擾16.時域均衡器:由橫向濾波器構(gòu)成,具有固定的延遲間隔,增益可調(diào)的多抽頭濾波器。將輸入端抽樣時刻上有碼間串?dāng)_的響應(yīng)波形變成抽樣時刻上無碼間串?dāng)_的響應(yīng)波形。17.頻域均衡:頻域均衡是從頻率響應(yīng)考慮,使包括均衡器在內(nèi)的整個系統(tǒng)的總傳輸函數(shù)滿足無失真?zhèn)鬏敆l件。18.眼圖:是一系列數(shù)字信號在示波器上累積而顯示的圖形。例:一個完整的眼圖應(yīng)該包含從“000”到“111”的所有狀態(tài)組,且每一個狀態(tài)組發(fā)生的次數(shù)要盡量一致,否則有些信息將無法呈現(xiàn)在屏幕上,八種

29、狀態(tài)形成的眼圖如下所示。 19.眼圖的幾點結(jié)論 最佳抽樣時刻應(yīng)是“眼睛”張開最大的時刻;眼圖斜邊的斜率決定了系統(tǒng)對抽樣定時誤差的靈敏程度:斜率越大,對定時誤差越靈敏;圖的陰影區(qū)的垂直高度表示信號的畸變范圍;圖中央的橫軸位置對應(yīng)于判決門限電平;抽樣時刻上, 上下兩陰影區(qū)的間隔距離之半為噪聲的容限, 噪聲瞬時值超過它就可能發(fā)生錯誤判決;圖中傾斜陰影帶與橫軸相交的區(qū)間表示了接收波形零點位置的變化范圍,即過零點畸變,它對于利用信號零交點的平均位置來提取定時信息的接收系統(tǒng)有很大影響。第6章 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)1. 調(diào)制 :待傳輸?shù)牡皖l信號托附到高頻振蕩的過程就叫調(diào)制!2. 調(diào)制技術(shù)概念延伸:用基帶信號來控制高

30、頻載波信號某個參數(shù),即高頻載波信號的某個參數(shù)的變化與基帶信號的變化具有一一對應(yīng)的關(guān)系!3. 按調(diào)制器的功能進(jìn)行分類幅度調(diào)制:用調(diào)制信號s(t改變載波信號c(t的幅度參數(shù)! 頻率調(diào)制:用調(diào)制信號s(t改變載波信號c(t的頻率參數(shù)! 相位率調(diào)制:用調(diào)制信號s(t改變載波信號c(t的相位參數(shù)!4. 按調(diào)制信號的不同進(jìn)行分類模擬調(diào)制、數(shù)字調(diào)制5. 按載波信號的不同進(jìn)行分類連續(xù)波調(diào)制、脈沖調(diào)制6. 鍵控法:由于數(shù)字基帶信號是離散的,即數(shù)字基帶信號的每個碼元僅表示一個狀態(tài),數(shù)字基帶信號就像一個開關(guān)的鍵一樣,所以數(shù)字調(diào)制采用的方法也叫鍵控法,即通過開關(guān)鍵控載波。 幅度鍵控(ASK 、頻移鍵控(FSK 、相移

31、鍵控(PSK 的基本原理 7. 模擬調(diào)制法基本原理(雙邊帶調(diào)幅,相干解調(diào)得到信號的已調(diào) 即 其中 , . 從頻域上看,的頻譜搬移到 處,幅度變?yōu)樵瓉淼囊话?即 如果利用相干解調(diào)方法, 即在解調(diào)的過程中,乘以載波 即 通過低通濾波器, 只保留低頻信號將得到與相比,除了幅度為原來的12外,完全攜帶了原始信號的信息. 8. 2ASK 振幅調(diào)制:通過高頻載波信號的輸出有,無來表示數(shù)字基帶信號“0”和“1”的。 調(diào)制方法:直接相乘法、鍵控監(jiān)控法 解調(diào)方法:包絡(luò)解調(diào)和相干解調(diào) 非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法相干解調(diào)(同步檢測法 9. 2FSK2e 2e 1Acos(,1(n t e t +=發(fā)送“”時調(diào)制方法:直

32、接調(diào)頻、頻移鍵控法解調(diào)方法:包絡(luò)解調(diào)、頻移鍵控法、相干解調(diào)法、過零檢測法、差分檢測法直接調(diào)頻: 是用數(shù)字基帶信號直接控制載波振蕩器的振蕩頻率。 頻移鍵控法:用基帶信號s(t (一個隨機的1、0脈沖信號分別控制兩個電子開關(guān),即分別與一個載波相乘即可得到調(diào)制后的2FSK 信號,解調(diào)方法:包絡(luò)解調(diào)和頻移鍵控法 包絡(luò)檢測法 相干解調(diào)2e FSK 過零檢測法:過零檢測法解調(diào)器的基本原理是,二進(jìn)制頻移鍵控信號的過零點數(shù)隨載波頻率不同而異,通過檢測過零點數(shù)從而得到頻率的變化 差分檢測法:輸入信號經(jīng)帶通濾波器濾除帶外無用信號后被分成兩路,一路直接送乘法器,另一路經(jīng)時延 后送乘法器,相乘后再經(jīng)低通濾波器去除高頻

33、成分即可提取基帶信號10. 二進(jìn)制相移鍵控(2PSK :在2PSK 中,通常用初始相位0和分別表示二進(jìn)制“0”和“1”。因此,2PSK 信號的時域表達(dá)式為式中,n 表示第n 個符號的絕對相位:2e FSK 2PSK (Acos(c n e t t =+ 2PSK 信號的調(diào)制:調(diào)制方法:直接調(diào)制的方法 、相移鍵控法 解調(diào)方法:相干解調(diào)法直接調(diào)制:鍵控法:2PSK 信號的解調(diào):由于2PSK 是一單頻信號,只能用相干解調(diào)方法來解調(diào),該方法也稱為極性比較法t 00,1n =,發(fā)送“”時發(fā)送“”時開關(guān)電路2e倒“”現(xiàn)象:在2PSK 信號的載波恢復(fù)過程中存在著的相位模糊,即恢復(fù)的本地載波與所需的相干載波可

34、能同相,也可能反相,這種相位關(guān)系的不確定性將會造成解調(diào)出的數(shù)字基帶信號與發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好相反,即“1”變?yōu)椤?”,“0”變?yōu)椤?”,判決器輸出數(shù)字信號全部出錯。這種現(xiàn)象稱為2PSK 方式的“倒”現(xiàn)象或“反相工作”11. 相對相移鍵控DPSK :利用前后相鄰碼元的載波相對相位變化傳遞數(shù)字信息,又稱相對相移鍵控。假設(shè)為當(dāng)前碼元與前一碼元的載波相位差,定義數(shù)字信息與 之間的關(guān)系為(國際標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制方法:直接調(diào)相法 、移鍵控法 (書上71頁解調(diào)方法:相干差分譯碼和相位差分檢測 (書上71頁 相位差分檢測 0,01=表示數(shù)字信息“”,表示數(shù)字信息“”(1 1 0 1 0 0 1 102DPSK 0 0

35、 0 0 0 00 0 0 0二進(jìn)制數(shù)字信息:信號相位:或2e用這種方法解調(diào)時不需要專門的相干載波,只需由收到的2DPSK信號延時一個碼元間隔,然后與2DPSK信號本身相乘。相乘器起著相位比較的作用,相乘結(jié)果反映了前后碼元的相位差,經(jīng)低通濾波后再抽樣判決,即可直接恢復(fù)出原始數(shù)字信息,故解調(diào)器中不需要碼反變換器?？偨Y(jié):調(diào)制方法調(diào)制方法解調(diào)方法幅度調(diào)制直接相乘法幅移鍵控法包絡(luò)解調(diào)法、相干解調(diào)法頻率調(diào)制直接法頻移鍵控法包絡(luò)檢測法,相干解調(diào)法、過零檢測法,差分檢測法相移調(diào)制直接調(diào)相法相移鍵控法相干解調(diào)法相對相移調(diào)制直接調(diào)相法相移鍵控法差分譯碼解調(diào),相位比較差分檢測法第7章差錯控制技術(shù)1差錯控制編碼:為

36、控制差錯所采用的編碼稱為差錯控制編碼?；驹砀攀?對二進(jìn)制數(shù)字序列進(jìn)行適當(dāng)變化使原來彼此獨立,互不相關(guān)的信息碼元序列產(chǎn)生某種規(guī)律,從而在接收端可根據(jù)這種規(guī)律來檢測所傳輸信息的正確性或糾正傳輸中所產(chǎn)生的差錯。檢錯碼:只能發(fā)現(xiàn)錯誤但不能糾正的編碼叫檢錯碼。糾錯碼:不但能發(fā)現(xiàn)錯誤還不能糾正的編碼叫糾錯碼。2碼長:碼組中碼元的總位數(shù),又稱為碼組長度。3碼字的漢明重量:在分組碼中,把碼組中“1”的個數(shù)稱為碼組的重量,簡稱碼重。4碼距:把兩個碼組中對應(yīng)位上數(shù)字不同的位數(shù)稱為碼組的距離,簡稱碼距。碼距又稱漢明距離。碼距反映的是碼組之間的差異程度,比如,00和01兩組碼的碼距為1;011和100的碼距為3。

37、5最小碼距:多個碼組之間相互比較,可能會有不同的碼距,其中的最小值被稱為最小碼距。比如,000、001、110三個碼組相比較,碼距有1和2兩個值,則最小碼距為1。6糾/檢錯能力與最小碼距d min的關(guān)系根據(jù)理論推導(dǎo),可以得出以下結(jié)論:(1在一個碼組內(nèi)要想檢出e位誤碼,要求最小碼距為d mine+1(2在一個碼組內(nèi)要想糾正t位誤碼,要求最小碼距為d min2t+1(3在一個碼組內(nèi)要想糾正t位誤碼,同時檢測出e位誤碼(et,要求最小碼距為d mint+e+1 (e>t7編碼效率:分組碼一般用符號(n,k表示,其中n是碼組的總位數(shù),又稱為碼組的長度(碼長,k是碼組中信息碼元的數(shù)目, n-k=r

38、為碼組中的監(jiān)督碼元數(shù)目,或稱監(jiān)督位數(shù)目編碼效率=信息碼位數(shù)/碼組總位數(shù)8差錯控制方式:9前向糾錯法(FEC接收端不僅能在收到的信碼中發(fā)現(xiàn)有錯碼,還能夠糾正錯碼。對于二進(jìn)制系統(tǒng),如果能夠確定錯碼的地方,就能夠糾正它。優(yōu)點:不需要反向信道,也不存在由于反復(fù)重發(fā)而延誤時間,實時性好,缺點:但是糾錯設(shè)備要比檢錯設(shè)備復(fù)雜。10檢錯重發(fā)法(ARQ:接收端在收到的信碼中檢測出(發(fā)現(xiàn)錯碼時,即設(shè)法通知發(fā)送端重發(fā),直到正確收到為止。所謂檢測出錯碼是指在若干接收碼元中知道有一個或一些是錯的,但不一定知道該錯碼的準(zhǔn)確位置。采用這種差錯控制方法需要具備雙向信道。11混合糾錯HEC :這一方式實質(zhì)上是FEC和ARQ方式

39、的綜合。當(dāng)收端接收到少量錯碼時,就在接收端直接糾正,即采用前向糾錯方案;當(dāng)錯碼太多超過其糾錯能力時,則采用檢錯重發(fā)方式。HEC充分利用了前向糾錯和檢錯重發(fā)系統(tǒng)的特點,性能較好。但需要雙向信道,且系統(tǒng)設(shè)備較復(fù)雜。12信息反饋(IRQ:接收端將收到的信碼原封不動地轉(zhuǎn)發(fā)回發(fā)送端,并與原發(fā)送信碼相比較。如果發(fā)現(xiàn)錯誤,則發(fā)送端再進(jìn)行重發(fā),否則不做任何處理,繼續(xù)發(fā)送后面的信息。這種方法原理和設(shè)備都較簡單,但需要有雙向信道,傳輸效率較低。13奇偶監(jiān)督碼:是數(shù)據(jù)通信中最常見的一種簡單檢錯碼,其編碼規(guī)則是:把信息碼先分組,形成多個許用碼組,在每一個許用碼組最后(最低位加上一位監(jiān)督碼元即可。加上監(jiān)督碼元后使該碼組

40、中1的數(shù)目為奇數(shù)的編碼稱為奇數(shù)監(jiān)督碼,為偶數(shù)的編碼稱為偶數(shù)監(jiān)督碼。對于偶數(shù)監(jiān)督碼必須保證對于奇數(shù)監(jiān)督碼必須保證簡單的奇偶監(jiān)督碼只能檢測出發(fā)生奇數(shù)個錯誤的碼組。14 定比碼:又稱等比碼或等重碼,它的每個許用碼組中含1、0的個數(shù)是固定的。編碼時,取所有含l 、0個數(shù)符合要求的碼組為許用碼組,其余則為禁用碼組。15 二維奇偶監(jiān)督碼:又稱方陣碼。二維奇偶校驗碼比一維奇偶校驗碼多了個列校驗。因為比一維奇偶校驗碼多了個列校驗,因此,其檢錯能力有所提高。除了檢出行中的所有奇數(shù)個誤碼及長度不大于行數(shù)的突發(fā)性錯誤外,還可檢出列中的所有奇數(shù)個誤碼及長度不大于列數(shù)的突發(fā)性錯誤。 二維奇偶監(jiān)督碼不僅可用來檢錯,還可用

41、來糾正一些錯碼。例如,當(dāng)碼組中僅在一行中有奇數(shù)個錯誤時,則能夠確定錯碼位置,從而糾正它。16. 正反碼:每一個正反碼字由10個碼元組成,其中5位信息碼,5位監(jiān)督碼。當(dāng)信息碼中的1為奇數(shù)時,監(jiān)督碼和信息碼相同:如信息碼為10101 監(jiān)督碼為10101當(dāng)信息碼中的1為偶數(shù)時,監(jiān)督碼和信息碼相反:如信息碼為10010 監(jiān)督碼為01101步驟A. 在接收端,先將所接收碼字中的信息位和監(jiān)督位,按對應(yīng)的位進(jìn)行模2加,得到一個5位的合成碼,然后用合成碼產(chǎn)生一個校驗碼;B. 如果接收的碼字中的信息碼中“1”的個數(shù)為奇數(shù),則合成碼作12300n n n a a a a -= 12301n n n a a a a

42、 -=為校驗碼,如果信息碼中“1”個數(shù)為偶數(shù),則合成碼的反碼作為校驗碼,C.并根據(jù)書上表7.3.1作判決。例如發(fā)送碼為10101 10101,接收碼為1010110101,合成碼為1010110101=00000,因為接收碼字中的信息碼中1的個數(shù)為奇數(shù)個,因此校驗碼為00000,根據(jù)表7.3.1 無傳輸錯誤如發(fā)送碼為10101 10101,接收碼為1010100101,合成碼為1010100101=10000,因為接收碼字中的信息碼中1的個數(shù)為奇數(shù)個,因此校驗碼為10000因根據(jù)表7.3.1 可看到錯誤發(fā)生在監(jiān)督碼“1”的位置上,故自動糾正為10101。17.線性分組碼定義線性碼中信息位和監(jiān)督

43、位是由一些線性代數(shù)方程聯(lián)系著的,或者說,線性碼是按一組線性方程構(gòu)成的,且監(jiān)督碼元僅由本碼組的信息碼元確定。 18. 循環(huán)碼:若線性分組碼各碼字中的碼元循環(huán)左移位(右移位所形成的碼字仍然是碼組集合中的一個碼字(除全零碼外,則這種碼這是循環(huán)碼。(1 將k 位信息位對應(yīng)的碼多項式m (x 乘以x n-k , 得y (x ;(2 用y (x 除以生成多項式g (x ,得余式r (x ;(3 將余式r (x 對應(yīng)的碼列出,即為其校驗碼(監(jiān)督碼;(4 將信息碼與監(jiān)督碼一起構(gòu)成循環(huán)碼。例:信息碼110,編(7,3碼信息碼多項式m(x=x 2+x生成多項式g(x=x 4+x 2+x+1即于是,編出碼字1100

44、000+101=1100101(n k n k x m x r x Q x g x g x T x x m x r x -=+=+65422242(111111000001011111011110111n k x m x x x g x x x x x x x x x x -+=+=+=+第九章短距離有線通信技術(shù)1.數(shù)據(jù)終端間通信的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)終端間通信時需要通過數(shù)據(jù)通信設(shè)備對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行某種變換和處理才能適合有線或無線信道的傳輸。2.數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE, Data Terminal Equipment: 指物聯(lián)網(wǎng)終端或物聯(lián)網(wǎng)中的計算機設(shè)備、以及其他數(shù)據(jù)終端設(shè)備。3.數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE,

45、 Data Communication Equipment:可以是調(diào)制解調(diào)器(Modem、線路適配器、信號變換器等。4.接口標(biāo)準(zhǔn):對于不同的通信線路,為了使不同廠家的產(chǎn)品能夠互聯(lián),DTE與DCE在插接方式、引腳分配、電氣性能及應(yīng)答關(guān)系上均應(yīng)符合統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。5.接口標(biāo)準(zhǔn)包括了機械性能、電氣特性、功能特性、過程特性4個方面機械性能:涉及的是DTE和DCE的實際物理連接。例:典型的是,信號以及控制信息的交換電路被捆扎成一根電纜,該電纜的兩端各有一個終接插頭,該插頭或者是公插頭、或者是母插頭。位于電纜兩端的DCE和DCE必須具有“性別”相反的插頭,以實現(xiàn)物理上的連接。如一端為公插頭、則另一端必須

46、為母插頭。電氣特性:與電壓電平及電壓變換的時序相關(guān)。DET和DCE都必須使用相同的編碼,相向的電壓電平必須不是相同的含義,還必須使用持續(xù)時間相同的信號元素等。這些特性決定了能夠達(dá)到的數(shù)據(jù)傳輸速率和傳輸距離功能特性:定義的各種功能由具有不同含義的各種交換電路來執(zhí)行這些功能分為數(shù)據(jù)電路、控制電路、時序電路以及電氣接地過程特性:定義了傳輸數(shù)據(jù)時發(fā)生的時間序列,它依據(jù)的是接口的功能特性。6.EIA RS-232C接口是美國電子工業(yè)協(xié)會于1969年頒布的一個使用串行二進(jìn)制方式的DTE與DCE間的接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是Recommended Standard的縮寫,232是標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)記號碼。RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)

47、是一種非常廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn),它廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)通信、自動化、儀器儀表等領(lǐng)域機械性能:第一排,從左到右共13針,第二排從左到右共12針。各針的功能如表3.2.1所示。雖然RS-232C定義了25個引腳,但實際應(yīng)用于串行通信時僅需要9個電壓信號,即2個收發(fā)數(shù)據(jù)信號RXD和TXD、6個控制信號和1個信號地。電氣特性:電氣標(biāo)準(zhǔn)特性主要規(guī)定了發(fā)送端驅(qū)動器與接收端接收器的電平關(guān)系、負(fù)載要求、信號速率及連接距離等。在TxD和RxD上要求,邏輯“1”(MARK為-3V-15V;邏輯“0”(SPACE為+3V+15V。在RTS、CTS、DTR和DCD等控制線上要求信號有效電壓為+3V+15V,信號無效電壓為-3V-

48、15V功能特性:DTE/DCE接口連線的功能特性主要是各引腳的功能進(jìn)行定義,并說明了它們之間的相互關(guān)系。RS-23C規(guī)定了21條信號線和25芯連接,表9.2.2為接口電路的功能約定。過程特性:見書114。7.RS-422A標(biāo)準(zhǔn)是一種以平衡方式傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。平衡方式是指雙端發(fā)送和雙端接收,因此傳輸信號須采用兩條線路,發(fā)送端和接收端分別采用平衡發(fā)送器和差動接收器。RS-422A標(biāo)準(zhǔn)的電氣特性對邏輯電平的定義是根據(jù)兩條線間的電壓差來決定的。當(dāng)A的電平比B,的電平低-2V-6V時,表示邏輯“0”;當(dāng)A的電平比B,的電平高+2+6V時,表示邏輯“1”。當(dāng)A的電平比B的電平大于200mA時,表示邏輯“1”;

49、當(dāng)A的電平比B的電平小于200mA時,表示邏輯“0”。RS-422標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了發(fā)送端只有1個發(fā)送器,而接收端可以有多個接收器,這就意味著,它可以實現(xiàn)點對多點通信,最多可接256個節(jié)點。即一個主設(shè)備(Master,其余為從設(shè)備(Slave,從設(shè)備之間不能通信。常用的RS-422A標(biāo)準(zhǔn)接口的芯片為:MC3487/MC3486、SN75174/SN75175等,它們是平衡驅(qū)動/接收器集成電路。8.RS-423A標(biāo)準(zhǔn):是非平衡方式傳輸?shù)?即以單線來傳輸信號,規(guī)定信號的參考電平為地。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電路中只允許有1個單端發(fā)送器,但可以有多個接收器。因此,允許在發(fā)送器和接收器間有一個電位差。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定邏輯“1”的電

50、平必須超過4V,但不能超過6V;邏輯“0”的電平必須低于-4V,但不能低于-6V。RS-423A標(biāo)準(zhǔn)由于采用了差動接收,提高了抗共模干擾能力,因此與RS-232C 相比,傳輸距離較遠(yuǎn)、傳輸速率較快。當(dāng)傳輸距離為90m時,最大傳輸速率為100kbit/s;若傳輸速率為1kbit/s時,傳輸距離可達(dá)1200m。9.RS-485接口標(biāo)準(zhǔn):是一種平衡傳輸方式的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn),它與RS-422A兼容,并且擴(kuò)展了RS-422A的功能。RS-422A只允許電路中有一個發(fā)送器,而RS-485標(biāo)準(zhǔn)允許有多個發(fā)送器, RS-485采用共線電路結(jié)構(gòu),即在一對平衡傳輸線的兩端配置終端電阻,其發(fā)送器、接收器、以及組合

51、收發(fā)單元可以掛在平衡傳輸線上的任何位置,實現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸中多個驅(qū)動器和接收器共用同一傳輸線的多路傳輸。RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)的抗干擾能力強、傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)。采用雙絞線,不用調(diào)制解調(diào)器等通信設(shè)備的情況下,當(dāng)傳輸速率為100kbit/s時,傳輸距離可達(dá)1200m;在9600bit/s時,傳輸距離可達(dá)15km。在傳輸距離為15m時,它的最大傳輸速率可達(dá)10Mbit/s。10.通用串行總線(Universal Serial Bus,USB:是一種串行技術(shù)規(guī)范,其主要目的是簡化計算機與外圍設(shè)備的連接過程,USB并不完全是一個串行接口,而是一種串行總線。目前,計算機設(shè)備均配置了多個USB接口,它可以接

52、入種類繁多的外設(shè),成為了計算機及數(shù)據(jù)通信等電子、電氣設(shè)備的通用接口USB的方便性體現(xiàn)在可自動設(shè)置、連接便捷、無需外部電源、接口通用等方面。在連接方面,USB等外設(shè)可直接插入到計算機的USB接口上。不需要時,可直接將其拔下,USB設(shè)備的插拔不會損壞計算機和USB外設(shè)。USB接口處包含了一個+5V的電源和地線接口,USB外設(shè)可直接使用接入系統(tǒng)的電源和地,因此USB外設(shè)無需提供額外的電源,但當(dāng)所接入的系統(tǒng)所提供的電源功率不足時,才需要給USB外設(shè)供電。19.CAN現(xiàn)場總線:是在上世紀(jì)八十年代初,德國BOSCH公司為實現(xiàn)現(xiàn)代汽車生產(chǎn)中眾多的汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)

53、議。它是一種多主總線,具有很高的可靠性,支持分布式控制和實時控制1通信方式靈活。CAN為多主方式工作,網(wǎng)絡(luò)上的任意節(jié)點均可在任意時刻主動地向其他節(jié)點發(fā)送信息,而不分主從,且不需站地址等結(jié)點信息;(2CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點信息分成不同的優(yōu)先級,以滿足和協(xié)調(diào)各自不同的實時性要求;(3采用非破壞性總線仲裁技術(shù),當(dāng)多個節(jié)點同時發(fā)送信息時,按優(yōu)先級順序通信,大大節(jié)省總線沖突仲裁時間,避免網(wǎng)絡(luò)癱瘓;(4CAN通過報文濾波實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送數(shù)據(jù),無需專門的“調(diào)度”;(5傳輸速率最高可以達(dá)到1Mbit/s(40m,直接傳輸距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到10km(傳輸速率在5kbit/s以下;(6CA

54、N上的結(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路,目前可達(dá)110個。報文標(biāo)志符可達(dá)2032種(CAN2.0A,擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)(CAN2.0B的報文標(biāo)志符幾乎不受限制;(7短幀,傳輸時間短,抗干擾能力強,檢錯效果好。其中每幀字節(jié)數(shù)最多為8個,能夠滿足工業(yè)領(lǐng)域的一般要求,也能保證通信的實時性;(8CAN每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施,保證了通信的可靠性;(9CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能,可完成數(shù)據(jù)通信的成幀處理,包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等;(10通信介質(zhì)可以為雙絞線、同軸電纜或光纖,選擇靈活;(11網(wǎng)絡(luò)結(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下可以自動關(guān)閉輸出功能,使總線上其

55、他節(jié)點的操作不受影響;(12已經(jīng)實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化(國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898。CAN的通信協(xié)議基于如下5條基本規(guī)則進(jìn)行通信協(xié)調(diào):1總線訪問。CAN控制器只能在總線空閑時開始發(fā)送,并采用硬同步,所有CAN控制器同步都位于幀起始的前沿。為避免異步時鐘因累計誤差而錯位,CAN總線中用硬同步后,滿足一定條件的跳變進(jìn)行重同步。信號使用差分電壓傳送,兩條信號線被稱為CAN_H和CAN_L。靜態(tài)時均是2.5v左右,此時狀態(tài)表示為邏輯“1”,也可以叫做隱性。用CAN_H比CAN_L高表示邏輯“0”,稱為顯性,2非破壞性的位仲裁方式。當(dāng)總線空閑時呈隱形電平,此時任何一個節(jié)點都可以向總線發(fā)送一個顯性電平作為一

56、個幀的開始。如果有兩個或兩個以上的節(jié)點同時發(fā)送,就會產(chǎn)生總線沖突。CAN總線采用“載波監(jiān)測/沖突避免”(CSMA /CA的通信技術(shù)。載波監(jiān)測的意思是指在總線上的每個節(jié)點在發(fā)送信息報文前都必須監(jiān)測到總線上有一段時間的空閑狀態(tài),一旦此空閑狀態(tài)被監(jiān)測到,那么每個節(jié)點都有均等的機會來發(fā)送報文。這被稱為多主掌控。沖突避免是指在兩個以上節(jié)點同時發(fā)送信息時,節(jié)點本身首先會檢測到出現(xiàn)沖突,然后采取相應(yīng)的措施來解決這一沖突情況。當(dāng)總線出現(xiàn)發(fā)送沖突時,通過仲裁后原發(fā)送信息不會受到影響。所有的仲裁判別都不會破壞優(yōu)先級高的報文信息內(nèi)容,也不會對其發(fā)送產(chǎn)生任何時延。3編碼/解碼:幀起始域、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域和CRC序列均使用位填充技術(shù)進(jìn)行編碼。在CAN總線中,