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文檔簡介
科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告(2012--2013年度第1學(xué)期)名稱:分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)題目:分散控制系統(tǒng)差錯(cuò)控制技術(shù)分析設(shè)計(jì)院系:動(dòng)力工程系班級(jí):自動(dòng)化09K1學(xué)號(hào):091912010116學(xué)生姓名:秦術(shù)員指導(dǎo)教師:李大中設(shè)計(jì)周數(shù):1成績:日期:2013年1月17日《分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、目的與要求1.通過本課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié),使學(xué)生加深對(duì)所學(xué)課程內(nèi)容的理解和掌握;2。結(jié)合工程問題,培養(yǎng)提高學(xué)生查閱文獻(xiàn)、相關(guān)資料以及組織素材的能力;3.培養(yǎng)鍛煉學(xué)生結(jié)合工程問題獨(dú)立分析思考和解決問題的能力;4.要求學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)課程的基本理論和設(shè)計(jì)方法,根據(jù)工程問題和實(shí)際應(yīng)用方案的要求,進(jìn)行方案的總體設(shè)計(jì)和分析評(píng)估;5.報(bào)告原則上要求依據(jù)相應(yīng)工程技術(shù)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)、制圖、分析和撰寫等。二、主要內(nèi)容1.每個(gè)學(xué)生依據(jù)個(gè)人情況選擇課程設(shè)計(jì)題目;2.分散控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)與安全可靠性措施綜述;3.分散控制系統(tǒng)工程應(yīng)用方案設(shè)計(jì)分析;4.現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展應(yīng)用綜述;5.基于現(xiàn)場總線技術(shù)的工程應(yīng)用方案設(shè)計(jì)分析;6。分散控制系統(tǒng)差錯(cuò)、容錯(cuò)控制技術(shù)設(shè)計(jì)分析;7.工程師站、操作員站功能應(yīng)用綜述;8.現(xiàn)場控制站工程應(yīng)用控制方案設(shè)計(jì)分析;8。SOE、事故追憶技術(shù)分析綜述;9.分散控制系統(tǒng)接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)與可靠性分析;10.分散控制系統(tǒng)電源安全供電系統(tǒng)配置方案綜述。三、進(jìn)度計(jì)劃序號(hào)設(shè)計(jì)內(nèi)容完成時(shí)間備注1選擇課程設(shè)計(jì)題目,查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料2013年1月14日2文獻(xiàn)資料的學(xué)習(xí)根據(jù)所選題目進(jìn)行方案設(shè)計(jì)2013年1月15日3與指導(dǎo)教師討論設(shè)計(jì)內(nèi)容、修改設(shè)計(jì)方案2013年1月16日4撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告2013年1月17日5課程設(shè)計(jì)答辯2013年1月18日四、設(shè)計(jì)成果要求1.針對(duì)所選題目的國內(nèi)外應(yīng)用發(fā)展概述;2.課程設(shè)計(jì)正文內(nèi)容,包括設(shè)計(jì)方案、硬件電路和軟件流程,以及綜述、分析等;3.課程設(shè)計(jì)總結(jié)或結(jié)論以及參考文獻(xiàn);4.要求設(shè)計(jì)報(bào)告規(guī)范完整按照《華北電力大學(xué)課程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)格式》撰寫.五、考核方式《分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)》課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定依據(jù)如下:1.課程設(shè)計(jì)報(bào)告;2.獨(dú)立工作能力及設(shè)計(jì)過程的表現(xiàn);3.答辯時(shí)回答問題情況.成績綜合評(píng)定分為優(yōu)、良、中、及格、不及格五個(gè)等級(jí).學(xué)生姓名:秦術(shù)員指導(dǎo)教師:李大中2013年1月17日一、課程設(shè)計(jì)的目的與要求分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)是目前國內(nèi)外工程領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛而有效的計(jì)算機(jī)控制技術(shù),作為自動(dòng)化類本科學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備和掌握與此相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)、概念和設(shè)計(jì)方法.本課程設(shè)計(jì)是在分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)課程結(jié)束之后進(jìn)行的一個(gè)綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié),主要目的是使學(xué)生在課程內(nèi)容學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和設(shè)計(jì)方法,針對(duì)工程應(yīng)用問題能夠進(jìn)行有關(guān)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等內(nèi)容的綜合分析設(shè)計(jì)以及仿真,通過該教學(xué)環(huán)節(jié)使學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)的認(rèn)識(shí)和理解,同時(shí)也給學(xué)生提供了一個(gè)實(shí)踐和增加感性認(rèn)識(shí)的機(jī)會(huì),為今后從事實(shí)際工作打下一定的基礎(chǔ).二、設(shè)計(jì)正文1。分散控制系統(tǒng)(DistributedControlSystem,簡稱DCS):1.1定義:由多個(gè)(對(duì))以微處理器為核心的過程控制采集站,分別分散地對(duì)各部分工藝流程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制,并通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與中央控制室各監(jiān)控操作站聯(lián)網(wǎng),對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視和操作的控制系統(tǒng)。1.2具有如下特點(diǎn):①可靠性高(即危險(xiǎn)分散).以微處理機(jī)為核心的微型機(jī)比中小型計(jì)算機(jī)的可靠性高,即使一部分系統(tǒng)故障也不會(huì)影響全局,當(dāng)管理計(jì)算機(jī)故障時(shí),各子系統(tǒng)仍能進(jìn)行獨(dú)立的控制.②系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理(即結(jié)構(gòu)分散)。系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)預(yù)先通過子系統(tǒng)處理或選擇,數(shù)據(jù)傳輸量減小,減輕了微型機(jī)的負(fù)荷,提高了控制速度。③由于信息量減小,使編程簡單,修改、變動(dòng)都很方便。④由于控制功能分散,子系統(tǒng)可靠性提高,對(duì)管理計(jì)算機(jī)的要求可以降低,對(duì)微型機(jī)的要求也可以降低.隨著科技的發(fā)展及計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制系統(tǒng)中的普遍應(yīng)用,七十年代中期研制出以多臺(tái)微機(jī)為基礎(chǔ)的新型系統(tǒng)DCS(DistributedCOntrolSystem)。DCS的應(yīng)用使工業(yè)控制系統(tǒng)在原來的基礎(chǔ)上大大前進(jìn)了一步。由于DCS具有人機(jī)聯(lián)系方便,對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視,操作、控制功能分散使控制裝置能可靠地運(yùn)行,系統(tǒng)構(gòu)成靈活方便,可擴(kuò)性好,具有完善的自診斷功能,高的性能價(jià)格比,操作簡單、方便等優(yōu)點(diǎn),使其滿足了現(xiàn)代生產(chǎn)的大規(guī)模的生產(chǎn)裝置、復(fù)雜的生產(chǎn)技術(shù)和工藝對(duì)控制系統(tǒng)的要求.1.3其實(shí)質(zhì):是計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種新型控制技術(shù)。它是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)相互發(fā)展?jié)B透而產(chǎn)生的,既不同于分散的儀表控制系統(tǒng),又不同于集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),它是吸收了兩者的優(yōu)點(diǎn),在它們的基礎(chǔ)上又發(fā)展起來的一門系統(tǒng)工程技術(shù),具有很強(qiáng)的生命力和顯著的優(yōu)越性。國內(nèi)一般習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個(gè)由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng),綜合了計(jì)算機(jī)(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù),處于底層的過程控制級(jí)一般由分散的現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站等就地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制,并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級(jí)計(jì)算機(jī)。生產(chǎn)監(jiān)控級(jí)對(duì)來自過程控制級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中操作管理,如各種優(yōu)化計(jì)算、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、故障診斷、顯示報(bào)警等?;痣姀S廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)(SupervisoryInformationSysteminPlantLevel,簡稱SIS)是集過程實(shí)時(shí)監(jiān)測、優(yōu)化控制及生產(chǎn)過程管理為一體的電廠自動(dòng)化信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過對(duì)火電廠生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析,實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制和全廠負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度,在整個(gè)電廠范圍內(nèi)充分發(fā)揮主輔機(jī)設(shè)備的潛力,達(dá)到整個(gè)電廠生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行在最佳工況的目的;同時(shí)該系統(tǒng)提供全廠完整的生產(chǎn)過程歷史/實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息,可作為電力公司信息化網(wǎng)絡(luò)的可靠生產(chǎn)信息資源,使公司管理和技術(shù)人員能夠?qū)崟r(shí)掌握各發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)信息及輔助決策信息,充分利用和共享信息資源,提高決策科學(xué)性。2.差錯(cuò)控制技術(shù):2。1基本概念:HYPERLINK”http://baike.baidu.com/view/589986.htm"\t"_blank”差錯(cuò)控制是在數(shù)字通信中利用HYPERLINK"http://baike。baidu.com/view/237708.htm”\t”_blank”編碼方法對(duì)傳輸中產(chǎn)生的差錯(cuò)進(jìn)行控制,以提高數(shù)字消息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。2.1.1所謂差錯(cuò)控制,就是對(duì)傳輸中出現(xiàn)的差錯(cuò)進(jìn)行檢測和糾正的技術(shù)。差錯(cuò)控制的核心是差錯(cuò)控制編碼技術(shù),其基本思想就是通過對(duì)信息序列作某種變換,使原來彼此獨(dú)立,相關(guān)性很小的信息碼元之間產(chǎn)生某種相關(guān)性(即具備一定的規(guī)律性),從而在接收端就可以通過對(duì)該規(guī)律性的檢驗(yàn)判斷并糾正信息碼元在傳輸過程中出現(xiàn)的差錯(cuò)。由數(shù)字傳輸原理可知:終端發(fā)送的數(shù)字信號(hào)在經(jīng)信道傳輸過程中,由于信道加性噪聲干擾及信道的帶寬有限特性,使信號(hào)傳輸?shù)浇邮斩藭r(shí)產(chǎn)生波形失真而導(dǎo)致抽樣判決結(jié)果錯(cuò)誤,造成誤碼。盡管可以采取碼型變換及均衡放大等措施對(duì)信號(hào)傳輸失真進(jìn)行預(yù)防和補(bǔ)償,還可以通過選擇調(diào)制解調(diào)方式,擴(kuò)展信道頻帶等手段以盡量減少信道傳輸誤碼率,但若還不能達(dá)到業(yè)務(wù)要求的范圍內(nèi),就需要考慮采用差錯(cuò)控制技術(shù)。系統(tǒng)運(yùn)行過程中,由于受到各種干擾的影響,各個(gè)部分從輸入至輸出的傳輸過程中,可能出現(xiàn)錯(cuò)誤或差錯(cuò),而影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為了提高過程控制的可靠性,往往采用某種差錯(cuò)控制技術(shù),以便在出現(xiàn)干擾或錯(cuò)誤、差錯(cuò)時(shí)能自動(dòng)糾正,保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。2.1.2差錯(cuò)的特點(diǎn):由于通信線路上總有噪聲存在,噪聲和有用信息中的結(jié)果,就會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。噪聲可分為兩類,一類是熱噪聲,另一類是沖擊噪聲,熱噪聲引起的差錯(cuò)是一種隨機(jī)差錯(cuò),亦即某個(gè)碼元的出錯(cuò)具有獨(dú)立性,與前后碼元無關(guān).沖擊噪聲是由短暫原因造成的,例如電機(jī)的啟動(dòng)、停止,電器設(shè)備的放弧等,沖擊噪聲引起的差錯(cuò)是成群的,其差錯(cuò)持續(xù)時(shí)間稱為突發(fā)錯(cuò)的長度。衡量信道傳輸性能的指標(biāo)之一是誤碼率PO。PO=錯(cuò)誤接收的碼元數(shù)/接收的總碼元數(shù)目前普通電話線路中,當(dāng)傳輸速率在600~2400bit/s時(shí),PO在之間,對(duì)于大多數(shù)通信系統(tǒng),PO在之間,而計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸則要求誤碼率低于。2。1。3差錯(cuò)控制的基本方式:差錯(cuò)控制方式基本上分為兩類,一類稱為“反饋糾錯(cuò)”,另一類稱為“前向糾錯(cuò)”。在這兩類基礎(chǔ)上又派生出一種稱為“混合糾錯(cuò)”。
(1)反饋糾錯(cuò)?這種方式在是發(fā)信端采用某種能發(fā)現(xiàn)一定程度傳輸差錯(cuò)的簡單編碼方法對(duì)所傳信息進(jìn)行編碼,加入少量監(jiān)督碼元,在接收端則根據(jù)編碼規(guī)則收到的編碼信號(hào)進(jìn)行檢查,一量檢測出(發(fā)現(xiàn))有錯(cuò)碼時(shí),即向發(fā)信端發(fā)出詢問的信號(hào),要求重發(fā)。發(fā)信端收到詢問信號(hào)時(shí),立即重發(fā)已發(fā)生傳輸差錯(cuò)的那部分發(fā)信息,直到正確收到為止.所謂發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)是指在若干接收碼元中知道有一個(gè)或一些是錯(cuò)的,但不一定知道錯(cuò)誤的準(zhǔn)確位置。圖6-1給出了“差錯(cuò)控制"的示意方框圖。?(2)前向糾錯(cuò)
這種方式是發(fā)信端采用某種在解碼時(shí)能糾正一定程度傳輸差錯(cuò)的較復(fù)雜的編碼方法,使接收端在收到信碼中不僅能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)碼,還能夠糾正錯(cuò)碼。在圖6-1中,除去虛線所框部分就是前向糾錯(cuò)的方框示意圖.采用前向糾錯(cuò)方式時(shí),不需要反饋信道,也無需反復(fù)重發(fā)而延誤傳輸時(shí)間,對(duì)實(shí)時(shí)傳輸有利,但是糾錯(cuò)設(shè)備比較復(fù)雜。?(3)混合糾錯(cuò)?混合糾錯(cuò)的方式是:少量糾錯(cuò)在接收端自動(dòng)糾正,差錯(cuò)較嚴(yán)重,超出自行糾正能力時(shí),就向發(fā)信端發(fā)出詢問信號(hào),要求重發(fā).因此,“混合糾錯(cuò)”是“前向糾錯(cuò)”及“反饋糾錯(cuò)"兩種方式的混合。
對(duì)于不同類型的信道,應(yīng)采用不同的差錯(cuò)控制技術(shù),否則就將事倍功半。?反饋糾錯(cuò)可用于雙向數(shù)據(jù)通信,前向糾錯(cuò)則用于單向數(shù)字信號(hào)的傳輸,例如廣播數(shù)字電視系統(tǒng),因?yàn)檫@種系統(tǒng)沒有反饋通道。2.2差錯(cuò)控制技術(shù)分類:2.2。1減額設(shè)計(jì)技術(shù)?減額設(shè)計(jì)就是對(duì)零件或電子元器件等減額使用,使其工作于比額定值低的應(yīng)力(如機(jī)械應(yīng)力,熱應(yīng)力,電應(yīng)力等)狀態(tài),以便能補(bǔ)償超常的工作應(yīng)力,以及適應(yīng)零件或元器件因緩慢的物理、化學(xué)變化而造成的性能降低和老化。減額設(shè)計(jì)的途徑是:降低使用應(yīng)力;提高零件或元器件的強(qiáng)度。減額系數(shù)的確定則依靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)和工作環(huán)境因素.2。2.2自動(dòng)保護(hù)技術(shù)
在系統(tǒng)運(yùn)行過程中,有可能在環(huán)境干擾下產(chǎn)生瞬時(shí)過載而導(dǎo)致系統(tǒng)故障。過載保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)在于,這種過載不致導(dǎo)致系統(tǒng)部件的損壞和影響系統(tǒng)的安全性。主要有如下過載保護(hù)措施。?1)自動(dòng)切斷技術(shù).當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)過載或其他不安全情況時(shí)使系統(tǒng)有關(guān)部分或全部停止運(yùn)行,以保護(hù)系統(tǒng)的安全。在一般電器中廣泛應(yīng)用熔斷器切斷電源;在電力系統(tǒng)中則有各類繼電保護(hù)裝置,當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí),通過斷路器將故障設(shè)備從電力系統(tǒng)中切除,以保證系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行;在機(jī)械設(shè)備中則有安全銷等。?2)阻尼技術(shù)。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行中有過載的物理量時(shí),限制其通過或?qū)⑵渌p,使其不致影響系統(tǒng)的運(yùn)行或安全。例如,運(yùn)用電感器抑制過電壓,用減震器的阻尼作用減小并部分吸收振動(dòng)、沖擊能量。?3)旁路技術(shù).把瞬間過載能量或不需要的物理量從旁路泄走.例如,用低阻通路把過載電能旁路到大地;避雷器將雷電能量旁路到大地;電路中的旁路電容,濾掉不需要的信號(hào)頻率;液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)的溢流閥等。2。2.3反饋技術(shù)?信號(hào)在傳輸過程中,由于受到各種干擾的影響,傳輸?shù)捷敵龆藭r(shí),可能出現(xiàn)錯(cuò)誤。反饋技術(shù)是將系統(tǒng)的輸出通過一定方式反送到系統(tǒng)的輸入端,從而對(duì)系統(tǒng)的輸入和再輸出嚴(yán)生影響,直到獲得正確輸出為止。?1)反饋校驗(yàn)。在信息技術(shù)中,將輸出端收到的數(shù)據(jù)信號(hào)原封不動(dòng)地回送給輸入端,與原發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,則需重發(fā)。?2)檢錯(cuò)重發(fā).在信息傳輸中,輸出端對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)檢測,如果有錯(cuò),則通知輸入端重發(fā),直到收到正確數(shù)據(jù)為止.為對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)檢測,需在輸入端對(duì)用戶原始數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)控制編碼,如奇偶校驗(yàn)碼,二維奇偶校驗(yàn)碼(方陣碼),恒比碼,循環(huán)碼等?3)反饋控制。將系統(tǒng)輸出的一部分或全部,通過一定的通道反送到輸入端,將被控對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)與所希望的狀態(tài)之差轉(zhuǎn)換成控制信號(hào),直到輸出狀態(tài)接近或達(dá)到目標(biāo)值。反饋控制又有自授反饋和測量反饋之分。?4)自適應(yīng)控制.具有預(yù)先給定的目標(biāo),即使環(huán)境變化也能按照目標(biāo)進(jìn)行工作,達(dá)到預(yù)期的效果。2。2.4自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)
采用特殊結(jié)構(gòu),附加裝置、線路或特殊材料等,抵消規(guī)定工作條件變化所造成的誤差源,以保證設(shè)備的可靠運(yùn)行。例如,各種電子設(shè)備中的補(bǔ)償電路;許多機(jī)械中的誤差補(bǔ)償裝置;運(yùn)用具有溫度補(bǔ)償作用的材料和元件,如用陶瓷作電介材料的特種小型電容器,可有幾種不同的正或負(fù)溫度系數(shù),與其他電容器組合使用,可得總溫度系數(shù)很小的組合電容.2.2.5軟件抗干擾技術(shù)?干擾有可能打亂程序正常的執(zhí)行秩序,使系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生波動(dòng)或“死機(jī)".對(duì)程序運(yùn)行失常采取的手段是監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),一旦發(fā)現(xiàn)失常,及時(shí)引導(dǎo)系統(tǒng)回到正常軌道上來。常用的抗干擾措施有:設(shè)置軟件陷井;系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視;使用“看門狗"監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等。2.2.6軟件校錯(cuò)技術(shù)
系統(tǒng)硬件常會(huì)受到某種干擾而改變系統(tǒng)的控制狀態(tài),造成控制失靈,可運(yùn)用軟件控制硬件的差錯(cuò)。?1)循環(huán)采樣技術(shù)。硬件的控制信息流中,各級(jí)的輸入是上一級(jí)的輸出或邏輯運(yùn)算的結(jié)果。由于干擾的侵入會(huì)破壞這些條件,造成控制失靈。利用軟件的方法,將對(duì)控制信號(hào)的一次采集改為循環(huán)采樣,從而避免白于偶然的干擾因素造成控制信號(hào)的偏差。?2)設(shè)置系統(tǒng)控制狀態(tài)單元。通過軟件的方法,可以隨時(shí)查詢輸出系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)信息,當(dāng)干擾破壞了系統(tǒng)控制狀態(tài)后,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)糾正。還可在此基礎(chǔ)上建立自檢程序,使干擾可被實(shí)時(shí)檢測到.3。差錯(cuò)控制系統(tǒng)的組成及其作用原理:3.1系統(tǒng)組成:HYPERLINK"http://baike。baidu。com/view/589986.htm"\t"_blank"差錯(cuò)控制系統(tǒng)的組成及其作用HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/437790。htm"\t"_blank"原理如圖:HYPERLINK”http://baike。baidu.com/picview/793550/793550/0/8cf0d513dd38fe18dd54018d。html"\o"查看圖片”\t”_blank"圖中虛線內(nèi)的部分就是數(shù)字通信中的HYPERLINK"http://baike.baidu。com/view/589986。htm"\t"_blank”差錯(cuò)控制系統(tǒng)。當(dāng)沒有HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/589986.htm"\t"_blank”差錯(cuò)控制時(shí),HYPERLINK"http://baike。baidu.com/view/497306.htm"\t”_blank"信源輸出的數(shù)字(也稱符號(hào)或HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/601477.htm"\t"_blank"碼元)序列將直接送住HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/26456.htm”\t"_blank”信道。由于HYPERLINK"http://baike.baidu。com/view/26456.htm”\t"_blank"信道中存在干擾,信道的輸出將發(fā)生HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/589986.htm"\t”_blank"差錯(cuò).數(shù)字在傳輸中發(fā)生HYPERLINK”http://baike./view/589986。htm"\t”_blank"差錯(cuò)的概率(HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/525429.htm"\t"_blank"誤碼率)是傳輸準(zhǔn)確性的一個(gè)主要指標(biāo)。在數(shù)字通信中HYPERLINK"http://baike。baidu.com/view/26456。htm"\t"_blank”信道給定以后,如果HYPERLINK"http://baike。baidu.com/view/525429。htm"\t"_blank”誤碼率不能滿足要求,就要采?。龋伲蠩RLINK”http://baike。baid/view/589986。htm"\t"_blank"差錯(cuò)控制。按具體實(shí)現(xiàn)方法的不同,HYPERLINK"http://baike。baidu.com/view/589986.htm"\t"_blank”差錯(cuò)控制可以分為HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/1439048.htm”\t"_blank"前向糾錯(cuò)法、反饋重傳法和混合法三種類型.HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/1439048.htm"\t”_blank"前向糾錯(cuò)法差錯(cuò)控制系統(tǒng)只包含HYPERLINK"http://baike。baidu.com/view/561383.htm”\t"_blank"信道編碼器和HYPERLINK”http://baike.baidu.com/view/990160.htm”\t”_blank”譯碼器。從HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/497306.htm”\t"_blank"信源輸出的數(shù)字序列在HYPERLINK"http://baike.baidu。com/view/561383.htm"\t"_blank”信道編碼器中被編碼(見HYPERLINK”http://baike。baidu.com/view/561383.htm”\t"_blank”信道編碼),然后送往信道。由于HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/561383。htm"\t"_blank"信道編碼器使用的是HYPERLINK"http://baike。baidu。com/view/126214。htm”\t"_blank"糾錯(cuò)碼,HYPERLINK"http://baike。baidu.com/view/990160.htm"\t"_blank"譯碼器可以糾正傳輸中帶來的大部分HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/589986.htm"\t"_blank"差錯(cuò)而使信宿得到比較正確的序列。反饋重傳法只利用檢錯(cuò)碼以發(fā)現(xiàn)傳輸中帶來的HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/589986。htm”\t"_blank"差錯(cuò),同時(shí)在發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)以后通過反向HYPERLINK”http://baike.baidu.com/view/26456.htm"\t”_blank"信道通知發(fā)信端重新傳輸相應(yīng)的一組數(shù)字,以此來提高傳輸?shù)臏?zhǔn)確性.根據(jù)重傳控制方法的不同,反饋重傳法還可以分成若干種實(shí)現(xiàn)方式。其中最簡單的一種稱為等待重傳方式.采用這種方式時(shí)發(fā)信端每送出一組數(shù)字就停下來等待收信端的回答。這時(shí)信道HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/990160.htm”\t"_blank"譯碼器如未發(fā)現(xiàn)HYPERLINK"http://baike.b/view/589986.htm"\t"_blank”差錯(cuò)便通過收信端重傳控制器和_blank"反向信道向發(fā)信端發(fā)出表示正確的回答。發(fā)信端收到后通過發(fā)信端重傳控制器控制HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/497306。htm"\t”_blank"信源傳輸下一組數(shù)字,否則信源會(huì)重新傳輸原先那組數(shù)字。上述兩種方法的主要差別是:①HYPERLINK”http://baike.baidu.com/view/1439048.htm"\t"_blank"前向糾錯(cuò)不需要HYPERLINK”http://baike.baidu.com/view/3245131.htm”\t"_blank”反向信道,而反饋重傳必須有HYPERLINK"http://baike。baidu。com/view/3245131.htm"\t”_blank"反向信道。②HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/1439048。htm”\t”_blank"前向糾錯(cuò)利用HYPERLINK"http://baike.baidu。com/view/126214.htm"\t"_blank"糾錯(cuò)碼,而反饋重傳利用檢錯(cuò)碼.一般來講,HYPERLINK”http://baike。baidu.com/view/126214.htm"\t"_blank"糾錯(cuò)碼的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜,可糾正的HYPERLINK"http://baike。baidu.com/view/589986。htm"\t"_blank"差錯(cuò)少,而檢錯(cuò)碼的實(shí)現(xiàn)比較容易,可發(fā)現(xiàn)的差錯(cuò)也多.③HYPERLINK"http://baike。baidu。com/view/1439048.htm”\t"_blank"前向糾錯(cuò)帶來的消息延遲是固定的,傳輸消息的HYPERLINK”http://baike.ba/view/65192.htm”\t"_blank"速率也是固定的,而反饋重傳中的消息延遲和消息的HYPERLINK"http://baike.baidu。com/view/634861.htm"\t"_blank”傳輸速率都會(huì)隨重傳頻度的變化而變化。④HYPERLINK”http://baike。baidu.com/view/1439048。htm"\t"_blank"前向糾錯(cuò)不要求對(duì)HYPERLINK"http://baike.ba/view/497306。htm"\t"_blank"信源控制,而反饋重傳要求信源可控。⑤經(jīng)HYPERLINK”http://baike。baidu.com/view/1439048。htm"\t"_blank”前向糾錯(cuò)的被傳消息的準(zhǔn)確性仍然會(huì)隨著HYPERLINK”http://baike。baidu.com/view/26456.htm"\t"_blank"信道干擾的變化而發(fā)生很大變化,而經(jīng)反饋重傳的被傳消息的準(zhǔn)確性比較穩(wěn)定,一般不隨干擾的變化而變化。因此,兩者的適用場合很不相同?;旌戏ㄔ冢萗PERLINK"http://baike。baidu。com/view/26456.htm”\t"_blank"信道干擾較大時(shí),單用反饋重傳會(huì)因不斷重傳而使消息的HYPERLINK”http://baike.baidu.com/view/634861.htm"\t"_blank"傳輸速率下降過多,而僅用HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/1439048。htm”\t"_blank"前向糾錯(cuò)又不能保證足夠的準(zhǔn)確性,這時(shí)兩者兼用比較有利,這就是混合法。此法所用的HYPERLINK"http://baike。baidu.com/view/561383。htm"\t"_blank"信道編碼是一種既能糾正部分HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/589986.htm"\t"_blank”差錯(cuò)又能發(fā)現(xiàn)大部分差錯(cuò)的碼。HYPERLINK”http://baike.baidu.com/view/26456。htm"\t"_blank"信道HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/990160.htm"\t"_blank”譯碼器首先糾正那些可以糾正的HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/589986。htm”\t"_blank"差錯(cuò),只對(duì)那些不能糾正但能發(fā)現(xiàn)的差錯(cuò)才要求重傳,這會(huì)大大降低重傳的次數(shù)。同時(shí),由于碼的檢錯(cuò)能力很強(qiáng),最后得到的數(shù)字消息的準(zhǔn)確性是比較高的。3。2作用:HYPERLINK”http://baike.baidu.com/view/589986。htm"\t"_blank"差錯(cuò)控制已經(jīng)成功地應(yīng)用于HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/21430.htm"\t”_blank"衛(wèi)星通信和HYPERLINK”http://baike.baidu.com/view/49233.htm”\t"_blank"數(shù)據(jù)通信。在HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/21430.htm"\t”_blank"衛(wèi)星通信中一般用HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/396754。htm”\t"_blank"卷積碼或級(jí)連碼進(jìn)行HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/1439048.htm”\t"_blank"前向糾錯(cuò),而在HYPERLINK"http://baike.bai/view/49233。htm”\t"_blank”數(shù)據(jù)通信中一般用HYPERLINK”http://baike.baidu.com/view/3738908.htm"\t"_blank”分組碼進(jìn)行反饋重傳。此外,HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/589986.htm"\t"_blank"差錯(cuò)控制技術(shù)也廣泛應(yīng)用于HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/3314。htm”\t”_blank"計(jì)算機(jī),其具體實(shí)現(xiàn)方法大致有兩種:①利用HYPERLINK”http://baike.baidu.com/view/126214.htm”\t"_blank"糾錯(cuò)碼由硬件自動(dòng)糾正產(chǎn)生的差錯(cuò);②利用檢錯(cuò)碼在發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)后通過指令的重復(fù)執(zhí)行或程序的部分返回以消除差錯(cuò).3。3差錯(cuò)控制功能:通信系統(tǒng)必須具備發(fā)現(xiàn)(即檢測)差錯(cuò)的能力,并采取措施糾正之,使差錯(cuò)控制在所能允許的盡可能小的范圍內(nèi),這就是差錯(cuò)控制過程,也是數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能之一。接收方通過對(duì)差錯(cuò)編碼(奇偶校驗(yàn)碼或CRC碼)的檢查,可以判定一幀在傳輸過程中是否發(fā)生了差錯(cuò)。一旦發(fā)現(xiàn)差錯(cuò),一般可以采用反饋重發(fā)的方法來糾正。這就要求接受方收完一幀后,向發(fā)送方反柜一個(gè)接收是否正確的信息,使發(fā)送方據(jù)此做出是否需要重新發(fā)送的決定。發(fā)送方僅當(dāng)收到接收方以正確接收的反饋信號(hào)后才能認(rèn)為該幀已經(jīng)正確發(fā)送完畢,否則需要重發(fā)直至正確為止.物理信道的突發(fā)噪聲可能完全“淹沒”一幀,即使得整個(gè)數(shù)據(jù)幀或反饋信息幀丟失,這將導(dǎo)致發(fā)送方永遠(yuǎn)收不到接受方發(fā)來的信息,從而使傳輸過程停滯。為了避免出現(xiàn)這種情況,通常引入計(jì)時(shí)器(Timer)來限定接收方發(fā)回方反柜消息的時(shí)間間隔,當(dāng)發(fā)送方發(fā)送一幀的同時(shí)也啟動(dòng)計(jì)時(shí)器,若在限定時(shí)間間隔內(nèi)未能收到接收方的反柜信息,即計(jì)時(shí)器超時(shí)(Timeout),則可認(rèn)為傳出的幀以出錯(cuò)或丟失,就要重新發(fā)送.由于同一幀數(shù)據(jù)可能被重復(fù)發(fā)送多次,就可能引起接收方多次收到同一幀并將其遞交給網(wǎng)絡(luò)層的危險(xiǎn)。為了防止防止發(fā)生這種危險(xiǎn),可以采用對(duì)發(fā)送的幀編號(hào)的方法,即賦予每幀一個(gè)序號(hào),從而使接收方能從該序號(hào)來區(qū)分是新發(fā)送來的幀還是已經(jīng)接受但又重發(fā)來的幀,以此來確定要不要將接收到的幀遞交給網(wǎng)絡(luò)層。數(shù)據(jù)鏈路層通過使用計(jì)數(shù)器和序號(hào)來保證每幀最終都能被正確地遞交給目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)層一次。4.誤碼控制:4。1誤碼控制基本原理:我們先舉一個(gè)日常生活中的實(shí)例。如果你發(fā)出一個(gè)通知:“明天14:00~16:00開會(huì)”,但在通知過程中由于某種原因產(chǎn)生了錯(cuò)誤,變成“明天10:00~16:00開會(huì)”.別人收到這個(gè)錯(cuò)誤通知后由于無法判斷其正確與否,就會(huì)按這個(gè)錯(cuò)誤時(shí)間去行動(dòng).為了使收者能判斷正誤,可以在發(fā)通知內(nèi)容中增加“下午”兩個(gè)字,即改為:“明天下午14:00~16:00開會(huì)",這時(shí),如果仍錯(cuò)為:“明天下午10:00~16:00開會(huì)",則收到此通知后根據(jù)“下午”兩字即可判斷出其中“10:00”發(fā)生了錯(cuò)誤。但仍不能糾正其錯(cuò)誤,因?yàn)闊o法判斷“10:00”錯(cuò)在何處,即無法判斷原來到底是幾點(diǎn)鐘。這時(shí),收者可以告訴發(fā)端再發(fā)一次通知,這就是檢錯(cuò)重發(fā)。為了實(shí)現(xiàn)不但能判斷正誤(檢錯(cuò)),同時(shí)還能改正錯(cuò)誤(糾錯(cuò)),可以把發(fā)的通知內(nèi)容再增加“兩個(gè)小時(shí)”四個(gè)字,即改為:“明天下14:00~16:00兩個(gè)小時(shí)開會(huì)”。這樣,如果其中“14:00”錯(cuò)為“10:00”,不但能判斷出錯(cuò)誤,同時(shí)還能糾正錯(cuò)誤,因?yàn)槠渲性黾拥摹皟蓚€(gè)小時(shí)”四個(gè)字可以判斷出正確的時(shí)間為14:00~16:00”。通過上例可以說明,為了能判斷傳送的信息是否有誤,可以在傳送時(shí)增加必要的附加判斷數(shù)據(jù);如果又能糾正錯(cuò)誤,則需要增加更多的附加判斷數(shù)據(jù).這些附加數(shù)據(jù)在不發(fā)生誤碼的情況之下是完全多余的,但如果發(fā)生誤碼,即可利用被傳信息數(shù)據(jù)與附加數(shù)據(jù)之間的特定關(guān)系來實(shí)現(xiàn)檢出錯(cuò)誤和糾正錯(cuò)誤,這就是誤碼控制編碼的基本原理。具體地說就是:為了使信源代碼具有檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力,應(yīng)當(dāng)按一定的規(guī)則在信源編碼的基礎(chǔ)上增加一些冗余碼元(又稱監(jiān)督碼),使這些冗余碼元與被傳送信息碼元之間建立一定的關(guān)系,發(fā)信端完成這個(gè)任務(wù)的過程就稱為誤碼控制編碼;在收信端,根據(jù)信息碼元與監(jiān)督碼元的特定關(guān)系,實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)或糾錯(cuò),輸出原信息碼元,完成這個(gè)任務(wù)的過程就稱誤碼控制譯碼(或解碼)。另外,無論檢錯(cuò)和糾錯(cuò),都有一定的誤別范圍,如上例中,若開會(huì)時(shí)間錯(cuò)為“16:00~18:00”,則無法實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)與糾錯(cuò),因?yàn)檫@個(gè)時(shí)間也同樣滿足附加數(shù)據(jù)的約束條件,這就應(yīng)當(dāng)增加更多的附加數(shù)據(jù)(即冗余).我們已知,信源編碼的中心任務(wù)是消去冗余,實(shí)現(xiàn)碼率壓縮,可是為了檢錯(cuò)與糾錯(cuò),又不得不增加冗余,這又必然導(dǎo)致碼率增加,傳輸效率降低;顯然這是個(gè)矛盾.我們分析誤碼控制編碼的目的,正是為了尋求較好的編碼方式,能在增加冗余不太多的前提下來實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。再者,經(jīng)過信源編碼,如果傳送信道容量與信源碼率相匹配,而且信道內(nèi)引入的噪聲較小,則誤碼率一般是很低的.例如,當(dāng)信道的信雜比超過20dB時(shí),二元單極性碼的誤碼率低于,即誤碼率只分之一,故通過信道編碼實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)和糾錯(cuò)是可以做到的。4。2誤碼控制編碼的分類:隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展,研究開發(fā)了各種誤碼控制編碼方案,各自建立在不同的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上,并具有不同的檢錯(cuò)與糾錯(cuò)特性,可以從不同的角度對(duì)誤碼控制編碼進(jìn)行分類。
按照誤碼控制的不同功能,可分為檢錯(cuò)碼、糾錯(cuò)碼和糾刪碼等.檢錯(cuò)碼僅具備識(shí)別錯(cuò)碼功能而無糾正錯(cuò)碼功能;糾錯(cuò)碼不僅具備識(shí)別錯(cuò)碼功能,同時(shí)具備糾正錯(cuò)碼功能;糾刪碼則不僅具備識(shí)別錯(cuò)碼和糾正錯(cuò)碼的功能,而且當(dāng)錯(cuò)碼超過糾正范圍時(shí)可把無法糾錯(cuò)的信息刪除。?按照誤碼產(chǎn)生的原因不同,可分為糾正隨機(jī)錯(cuò)誤的碼與糾正突發(fā)性錯(cuò)誤的碼。前者主要用于產(chǎn)生獨(dú)立的局部誤碼的信道,而后者主要用于產(chǎn)生大面積的連續(xù)誤碼的情況,例如磁帶數(shù)碼記錄中磁粉脫落而發(fā)生的信息丟失。按照信息碼元與附加的監(jiān)督碼元之間的檢驗(yàn)關(guān)系可分為線性碼與非線性碼.如果兩者呈線性關(guān)系,即滿足一組線性方程式,就稱為線性碼;否則,兩者關(guān)系不能用線性方程式來描述,就稱為非線性碼.?按照信息碼元與監(jiān)督附加碼元之
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