城市軌道交通列車網(wǎng)絡(luò)控制及應(yīng)用 課件 項(xiàng)目3 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

第一節(jié)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)概述城軌列車網(wǎng)絡(luò)控制目錄CONTENTS通信的發(fā)展01通信系統(tǒng)的組成02通信系統(tǒng)中各部分的作用03PART01通信的發(fā)展通信的發(fā)展自古以來，信息的交換一直在進(jìn)行最原始的通信方式就是交談，交談?wù)叩穆曇魰?huì)通過空氣媒質(zhì)進(jìn)行傳播，并完成信息的交換但這種通信方式的只能實(shí)現(xiàn)以米(m)為單位的短距離傳輸。另外，古時(shí)候也用到書信和烽火臺(tái)進(jìn)行信息的傳輸，雖然實(shí)現(xiàn)了傳輸距離的提升，但它們傳輸?shù)男畔⒘坑邢?。通信的發(fā)展現(xiàn)代意義上的通信以電報(bào)和電話的產(chǎn)生為標(biāo)志。1835年莫爾斯發(fā)明了電報(bào)，1876年貝爾發(fā)明了電話機(jī)。在此后的近100年間，人類主要的通信方式就是這兩種形式，它們?yōu)槿祟惿鐣?huì)的快速發(fā)展發(fā)揮了積極的作用。20世紀(jì)30年代開始，隨著各種通信方面的理論的形成，通信技術(shù)取得了一系列的突破。50年代形成了以電話為主，以電報(bào)為輔的通信體系。通信的發(fā)展在此后的50年間，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子器件方面出現(xiàn)了重大突破，晶體管、集成電路、可編程邏輯器件、超大規(guī)模集成電路相繼出現(xiàn)。人類發(fā)明了更多的電器設(shè)備，如：收音機(jī)、電視機(jī)、雷達(dá)、衛(wèi)星、計(jì)算機(jī)等，使人類的通信進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。PART02通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)是信息傳遞所需的一切技術(shù)設(shè)備和信道的總和。無論哪一種系統(tǒng)，都包含有：信息源、信息接收者、發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、傳輸介質(zhì)等幾個(gè)部分。其模型如下：有許多種類，例如：電話系統(tǒng)，電報(bào)系統(tǒng)等。PART03通信系統(tǒng)中各部分的作用信息源：是信號的產(chǎn)生者，可分為模擬信號源和數(shù)字信號源基本功能是將信息源和傳輸介質(zhì)匹配起來，即將信號源輸出的原本是電信號變換為適合在信道中傳輸?shù)男盘?201信息源和接收者接收者：是信號的使用者，接收到的信號可以是數(shù)據(jù)、指令或者標(biāo)志發(fā)送設(shè)備通信系統(tǒng)中各部分的作用通信系統(tǒng)中各部分的作用03傳輸介質(zhì)指發(fā)送設(shè)備到接收設(shè)備之間信號傳遞所經(jīng)過的媒介。傳輸介質(zhì)主要分為有線傳輸介質(zhì)和無線傳輸介質(zhì)。此外，信號傳輸時(shí)通常會(huì)受到外界的干擾，例如：脈沖干擾，熱噪聲等。通信系統(tǒng)中各部分的作用接收設(shè)備的基本功能是完成對接收到的、由信息源發(fā)送來的信號的反變換，即進(jìn)行信號的解調(diào)、譯碼、解碼等；將原始信號從帶有干擾的信號中恢復(fù)出來。通信系統(tǒng)中各種設(shè)備及其傳輸介質(zhì)中噪聲與干擾的集中體現(xiàn)。0504接收設(shè)備噪聲源感謝您的觀看與聆聽！城軌列車網(wǎng)絡(luò)控制第二節(jié)數(shù)據(jù)編碼技術(shù)城軌列車網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)通信的標(biāo)準(zhǔn)代碼01目錄CONTENTS數(shù)據(jù)編碼的類型02PART01數(shù)據(jù)通信的標(biāo)準(zhǔn)代碼數(shù)據(jù)通信的標(biāo)準(zhǔn)代碼通信系統(tǒng)在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，不能直接傳送數(shù)據(jù)的十進(jìn)制數(shù)值、字符或控制字符，而是將這些數(shù)據(jù)或字符信息用適合傳輸?shù)拇a來傳輸。通過編碼的方法，把一種組合與一種確定的內(nèi)容聯(lián)系起來。常見的編碼形式有BCD碼和ASCII碼。BCD碼（Binary-CodedDecimal?）也被稱為二進(jìn)碼十進(jìn)數(shù)或二-十進(jìn)制代碼，它是用四位二進(jìn)制數(shù)為一位十進(jìn)制數(shù)編碼，即用四位二進(jìn)制數(shù)來表示一位十進(jìn)制數(shù)。數(shù)據(jù)通信的標(biāo)準(zhǔn)代碼字母和各種字符也必須按照特定的規(guī)則用二進(jìn)制編碼才能在計(jì)算機(jī)中表示。標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼也叫基礎(chǔ)ASCII碼，它是使用7位二進(jìn)制數(shù)來表示所有的大寫和小寫字母，數(shù)字0到9、標(biāo)點(diǎn)符號，以及在美式英語中使用的特殊控制字符。ASCII碼使用指定的7位或8位二進(jìn)制數(shù)組合來表示128或256種可能的字符。編碼方式可以有很多種，其中ASCII碼是最常見的一種。PART02數(shù)據(jù)編碼的類型數(shù)據(jù)編碼的類型根據(jù)承載數(shù)據(jù)的信號的不同，具體可分為4種編碼方式，即模擬數(shù)據(jù)的模擬信號編碼、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號編碼、模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼。其編碼過程的示意圖如圖所示。01數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號編碼若數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)釆用模擬信號傳輸，需要采用調(diào)制解調(diào)技術(shù)。例如，傳統(tǒng)的電話通信信道是為傳輸語音信號設(shè)計(jì)的，用于傳輸300-3400Hz的音頻模擬信號，不能直接傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。傳統(tǒng)的撥號上網(wǎng)方式下，為了利用電話網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的遠(yuǎn)程通信，必須將發(fā)送端的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成能夠在公用電話網(wǎng)上傳輸?shù)哪M信號，這個(gè)過程稱調(diào)制；經(jīng)傳輸后在接收端將話音信號逆轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字信號，這個(gè)過程稱解調(diào)。01數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號編碼是采用模擬信號來表達(dá)數(shù)據(jù)的0、1狀態(tài)，主要有3種基本技術(shù)：幅移鍵控、頻移鍵控和相移鍵控。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制的三種方法眾所周知，振幅、頻率和相位是描述模擬信號的參數(shù)，實(shí)質(zhì)上，這三種基本技術(shù)正是通過調(diào)整這三個(gè)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)編碼的。01數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號編碼①幅移鍵控法(ASK)振幅鍵控（AmplitudeShiftKeying，縮寫為ASK）方式下，載波信號的頻率、相位不變，幅值隨調(diào)制信號變化。例如一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字信號，在調(diào)制后的波形表達(dá)式是：式中：A是載波信號的幅度、ωc是載波的頻率，an代表二進(jìn)制數(shù)字0或1，當(dāng)an為1時(shí)，SA所描述波形代表的數(shù)字是1；當(dāng)an為0時(shí)，SA=0，代表的數(shù)字就是0。幅移鍵控調(diào)制后的波形如圖所示。01數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號編碼②頻移鍵控法(FSK)頻移鍵控FSK（Frequency-shiftkeying）中，載波信號的頻率隨著調(diào)制信號而變化，而載波信號的幅度、相位不變。例如，在二進(jìn)制頻移鍵控方式中，可定義信號0對應(yīng)的載波頻率大，信號1對應(yīng)的載波頻率小，調(diào)制后信號波形如圖所示。01數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號編碼③相移鍵控法(PSK)相移鍵控PSK（phase-shiftkeying）中，載波信號的相位隨著調(diào)制信號而變化，但載波信號的幅度、頻率不變。例如，在二進(jìn)制相移鍵控PSK中，通常用載波的初相位為0°和180°表示1或0，調(diào)制后信號的典型波形如圖所示。01數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制的三種方法的比較感謝您的觀看與聆聽！城軌列車網(wǎng)絡(luò)控制第三節(jié)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)城軌列車網(wǎng)絡(luò)控制目錄CONTENTS數(shù)據(jù)傳輸方式的分類01并行傳輸與串行傳輸02異步傳輸與同步傳輸03PART01數(shù)據(jù)傳輸方式的分類數(shù)據(jù)傳輸方式的分類在數(shù)字通信中，按照每次傳送的數(shù)據(jù)的位數(shù)分為兩種：數(shù)據(jù)的傳輸方式根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以做不同的分類按照數(shù)據(jù)傳送的同步方式分為兩種：①并行傳輸②串行傳輸①同步傳輸②異步傳輸PART02并行傳輸與串行傳輸并行傳輸與串行傳輸采用并行傳輸方式時(shí)，多個(gè)位數(shù)據(jù)同時(shí)在通信設(shè)備間的多條通道上傳輸，并且每一位數(shù)據(jù)都有自己專用的通道。①并行傳輸優(yōu)點(diǎn)：局限性：一次可以傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)傳輸速率快控制方式簡單收發(fā)雙方不存在同步的問題需要多個(gè)傳輸通道適合于近距離、要求傳輸速度快的場合并行傳輸與串行傳輸采用串行傳輸時(shí)，由于只有一條傳輸通道，數(shù)據(jù)將按照順序一位接著一位地在通信設(shè)備之間進(jìn)行傳輸。②串行傳輸優(yōu)點(diǎn)：局限性：投資少，易于實(shí)現(xiàn)適合遠(yuǎn)距離傳輸傳輸速度較慢PART03異步傳輸與同步傳輸異步傳輸與同步傳輸①異步傳輸異步傳輸方式又稱起止同步方式，這是在計(jì)算機(jī)通信中常用的同步方式，目前廣泛應(yīng)用在低速通信系統(tǒng)中。異步方式中，并不要求收發(fā)雙端在傳送代碼的每一比特（位）都同步。采用異步傳輸時(shí)，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括起始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和終止位，其具體格式如圖所示。異步傳輸與同步傳輸同步傳輸方式各字符沒有起始位和停止位，需要采用位同步技術(shù)保證發(fā)送端和接收端保持同步。實(shí)現(xiàn)位同步的方法包括：外同步和自同步兩種方式。②同步傳輸外同步法是在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，發(fā)送端向接收端發(fā)送一串同步字符S或者一個(gè)同步字節(jié)。自同步法是數(shù)據(jù)信號波形本身提取同步信號的方法，時(shí)鐘信號和傳輸信息同時(shí)傳輸?shù)浇邮斩?。如?shù)字信號釆用曼徹斯特編碼或差分編碼，這兩種編碼本身都是自同步編碼。感謝您的觀看與聆聽！城軌列車網(wǎng)絡(luò)控制第四節(jié)多路復(fù)用技術(shù)城軌列車網(wǎng)絡(luò)控制目錄CONTENTS多路復(fù)用技術(shù)的概念與分類01頻分多路復(fù)用技術(shù)02波分多路復(fù)用技術(shù)03PART01多路復(fù)用技術(shù)的概念與分類多路復(fù)用技術(shù)的概念與分類多路復(fù)用器多路譯碼器N個(gè)信源N個(gè)輸出1條線路多個(gè)信道多路復(fù)用原理圖①多路復(fù)用的概念在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，傳輸媒體的帶寬或容量往往超過要傳輸?shù)膯我恍盘柕男枨?，為了有效地利用通信線路，通常會(huì)使用一個(gè)信道同時(shí)傳輸多路信號，這就是所謂的多路復(fù)用技術(shù)（出現(xiàn)本頁的第一個(gè)動(dòng)畫）。其作用相當(dāng)于把單個(gè)傳輸通路劃分為多個(gè)信道，以實(shí)現(xiàn)通信鏈路的共享，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。多路復(fù)用技術(shù)的概念與分類②多路復(fù)用技術(shù)的分類頻分多路復(fù)用(a)時(shí)分多路復(fù)用(b)波分多路復(fù)用(c)碼分多址復(fù)用(d)常見的多路復(fù)用技術(shù)有下列4種PART02頻分多路復(fù)用技術(shù)通信的發(fā)展若物理信道的可用帶寬超過單個(gè)原始信號所需帶寬，那么可將該物理信道的總帶寬分割成若干個(gè)與要傳輸?shù)膯蝹€(gè)信號帶寬相同（或略寬）的子信道，每個(gè)子信道的帶寬不重疊并且可以獨(dú)立傳輸一路信號，這就是頻分多路復(fù)用技術(shù)的基礎(chǔ)條件。如果各個(gè)通信設(shè)備使用的是不同的頻率，而且這些頻率不重疊，那么就可以用一條子信道來傳輸某個(gè)具體設(shè)備的信號，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備的同時(shí)通信。12通信的發(fā)展頻分多路復(fù)用的工作原理如圖所示（出現(xiàn)本頁的第一個(gè)動(dòng)畫），在進(jìn)行傳輸之前，在發(fā)送端將三個(gè)原始信號調(diào)制成三個(gè)頻率不同信號，隨后經(jīng)過多路復(fù)用器和傳輸介質(zhì)傳輸?shù)浇邮斩?。在接收端，通過多路解復(fù)器將三路信號分離出來后進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)成原始信號并傳到接收端。PART03波分多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用—波分多路復(fù)用WDM波分多路復(fù)用技術(shù)主要用于光纖傳輸介質(zhì)。該方法與頻分多路復(fù)用方法相似，只不過它是利用不同波長的光在一條光纖上傳輸多路信號。如圖所示是波分多路復(fù)用的原理圖。在發(fā)送端，通過光柵將來自光纖1和光纖2的兩個(gè)波長不同的光信號疊加起來并在共享光纖上傳輸。到達(dá)接收端之后，用光柵將光信號分離并復(fù)原出來，傳遞給光纖3和光纖4。感謝您的觀看與聆聽！城軌列車網(wǎng)絡(luò)控制第五節(jié)差錯(cuò)控制技術(shù)城軌列車網(wǎng)絡(luò)控制差錯(cuò)的表象與產(chǎn)生原因01目錄CONTENTS差錯(cuò)的檢測方法02PART01差錯(cuò)的表象與產(chǎn)生原因差錯(cuò)的表象與產(chǎn)生原因①差錯(cuò)的表象接收端接收到的數(shù)據(jù)和發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)不一致，也就是說接收端不能正確接收發(fā)送端發(fā)出的信號。差錯(cuò)的表象與產(chǎn)生原因““差錯(cuò)產(chǎn)生的兩種原因：熱噪聲；沖擊噪音01熱噪聲02沖擊噪聲①差錯(cuò)的表象由傳輸介質(zhì)的電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，存在于所有的電子器件和傳輸介質(zhì)中沖擊噪聲呈現(xiàn)突發(fā)狀，由外界因素引起的，噪聲幅度可能是相當(dāng)大的，進(jìn)而引起傳輸中的差錯(cuò)PART02差錯(cuò)的檢測方法差錯(cuò)的檢測方法12奇偶校驗(yàn)碼方正校驗(yàn)碼常見的差錯(cuò)檢測方法有兩種差錯(cuò)的檢測方法差錯(cuò)的檢測方法①奇偶校驗(yàn)碼如果加入的校驗(yàn)碼使得要傳輸?shù)囊唤M二進(jìn)制數(shù)中的“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè)，那么這種方法被稱為奇校驗(yàn)；如果加入的校驗(yàn)碼使得要傳輸?shù)囊唤M二進(jìn)制數(shù)中的“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)個(gè)，那么這種方法被稱為偶校驗(yàn)采用奇校驗(yàn)或者偶校驗(yàn)是事先規(guī)定的在信息碼之后加上一位校驗(yàn)碼，使得碼組中的“1”的個(gè)數(shù)是奇數(shù)或者偶數(shù)即可這種方式下，冗余數(shù)據(jù)的位數(shù)很少，可以保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)男什铄e(cuò)的檢測方法傳送到接收端之后，接收端需要校驗(yàn)接收到的數(shù)據(jù)中“1”的個(gè)數(shù)必須注意的是，奇偶校驗(yàn)只能發(fā)現(xiàn)奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤，不能發(fā)現(xiàn)偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤，這是奇偶校驗(yàn)方式的缺點(diǎn)假設(shè)要傳送的數(shù)據(jù)是1000110，并且采用奇校驗(yàn)的方法根據(jù)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以看出，其數(shù)位中“1”的個(gè)數(shù)是3個(gè)，那么此時(shí)對應(yīng)的校驗(yàn)碼是0（加入校驗(yàn)碼之后，“1”的個(gè)數(shù)是奇數(shù)個(gè)）①奇偶校驗(yàn)碼奇偶校驗(yàn)的過程若接收端接收到的“1”的個(gè)數(shù)是奇數(shù)個(gè)，那么基本可以確定數(shù)據(jù)的傳輸是準(zhǔn)確的差錯(cuò)的檢測方法②方正校驗(yàn)碼方正校驗(yàn)碼也稱行列監(jiān)督碼，它的碼元受到行和列兩個(gè)監(jiān)督，行列監(jiān)督碼是二維的奇偶監(jiān)督碼其具體編碼如下：這種碼可以克服奇偶監(jiān)督碼不能發(fā)現(xiàn)偶數(shù)個(gè)差錯(cuò)的缺點(diǎn)，并且是一種用于糾正突發(fā)差錯(cuò)的簡單糾錯(cuò)編碼，其基本原理與簡單的奇偶監(jiān)督碼相似，不同的是每個(gè)碼元要受到縱向和橫向兩次監(jiān)督將若干個(gè)要傳送的碼組編成一個(gè)矩陣，矩陣中每一行為一個(gè)碼組，每行的最后加上一個(gè)監(jiān)督碼元，進(jìn)行奇偶監(jiān)督；矩陣中的每一列是由不同碼組的相同位置的碼元組成，在每列最后也加上一個(gè)監(jiān)督碼元，進(jìn)行奇偶