物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)

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(diǎn):傳輸距離近,傳輸方式靈活,多樣承載平臺(tái):有線、無(wú)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(jī)(或服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、路由器等構(gòu)成,在數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)絡(luò)支撐下的計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)?？捎晒婋娫捊粨Q網(wǎng)PSTN、全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM,碼分多址CDMA、時(shí)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(hào):信源(信息源,也稱發(fā)送端發(fā)出的沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制(進(jìn)行頻譜搬移和變換的原始電信號(hào),信號(hào)頻譜從零頻附近開(kāi)始,具有低通形式。根據(jù)原始電信號(hào)的特征,基帶信號(hào)可分為數(shù)字基帶信號(hào)和模擬基帶信號(hào)(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(hào):已調(diào)信號(hào)。在通信中,由于基帶信號(hào)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(hào)變換成其頻帶適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào),變換后的信號(hào)就是頻帶信號(hào)。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(hào)特征分:模擬通信數(shù)字通信按傳輸媒介分:有線無(wú)線

3、 按信號(hào)復(fù)用分:頻分時(shí)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(jī)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(duì)信源所存在的疑義(不確定度,因此這個(gè)被解除的不定度實(shí)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(dú)立,則信源輸出的每個(gè)符號(hào)所含信息量為多少?消息的信息量:一條消息由若干個(gè)事件組成,如果 各事件相互獨(dú)立,那么所有事件發(fā)生的概率即為各個(gè)事件信息量的總和例,一離散信源由0,

4、1,2,3,四個(gè)符號(hào)組成,它們出現(xiàn)的概率分別3/8,1/4,1/4,1/8,且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)相互獨(dú)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(gè)符號(hào)時(shí)獲得的平均信息量例,一離散信源由0,1,2,3,四個(gè)符號(hào)組成,它們出現(xiàn)的概率分別3/8,1/4,1/4,1/8,且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)相互獨(dú)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(jì)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(hào)的一個(gè)波形符號(hào),也即“時(shí)間軸上的一個(gè)信號(hào)編碼單元”。在數(shù)字通信中常常用時(shí)間間隔相同的符號(hào)來(lái)表示一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字,這樣的時(shí)間間隔內(nèi)的信號(hào)稱為(二進(jìn)制碼元。碼元和比特的關(guān)系:一個(gè)以m 波特傳送信號(hào)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?yàn)槊總€(gè)信號(hào)可以運(yùn)載幾個(gè)比特,例如,若使用0、1、2、3、4、5、6、7共8個(gè)電平級(jí),則需要23,即3個(gè)比特

6、來(lái)表示一個(gè)信號(hào)值,可以理解為一個(gè)碼元為三個(gè)比特。21(log (ni i i H x P x P x =-222233111111log log log log 884444881.906(/H bit =- =符號(hào)信息傳輸速率:通信線路(或系統(tǒng)單位時(shí)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(yǔ)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(cuò)信息的比特個(gè)數(shù)/傳輸信息的比特總數(shù)*100%。誤碼率=傳輸中的出錯(cuò)

7、碼元的個(gè)數(shù)/傳輸?shù)拇a元的總個(gè)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(hào)與噪聲的平均功率之比書(shū)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(shí)域分析:在時(shí)域內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、統(tǒng)計(jì)特征計(jì)算、相關(guān)性分析等處理,統(tǒng)稱為信號(hào)的時(shí)域分析。波長(zhǎng): 在波動(dòng)中,振動(dòng)相位總是相同的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離,叫做波的波長(zhǎng)周期T :任一質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng)所用的時(shí)間用符號(hào)T 表示,周期的單位是s 。頻率f :介質(zhì)中任一質(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)完成的全振 動(dòng)的次數(shù),用符號(hào)f 表示。單位是Hz. 波速v :單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)(波形所傳播的距離。2. 頻域分析:

8、在信號(hào)頻域分析是采用傅立葉變換將時(shí)域信號(hào)x(t變換為頻域信號(hào)X(f,從而幫助人們從另一個(gè)角度來(lái)了解信號(hào)的特征。 頻域任一信號(hào),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(gè)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(duì)于一個(gè)信號(hào),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(lái),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(hào)的頻譜。頻譜圖:當(dāng)把信號(hào)頻譜,即幅度(或相位關(guān)于頻率的變化關(guān)系用圖來(lái)表示,就形成頻譜圖 4. 傅里葉級(jí)數(shù):展開(kāi)其實(shí)只是在做一個(gè)動(dòng)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(jí)數(shù)針對(duì)的是周期信號(hào)。即可針對(duì)周期信號(hào),也可針對(duì)非周期信號(hào)的是傅里葉變換 傅里葉逆變換6. 信號(hào)帶寬:是信號(hào)頻譜的寬度,也就是信號(hào)的最高頻率分量與最低頻率分量之差例:如果方波信號(hào)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(guò)信道(通帶為1.5kHz 至15kHz ,其帶寬為13.5kHz 呢?其實(shí),該信號(hào)在信道上傳輸時(shí),基頻被濾掉了,僅各次諧波能夠通過(guò),信號(hào)波形一定是不堪入目的。 7. 交換技術(shù):電路交換、報(bào)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(dú)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(bào)文交換:報(bào)文交換是以報(bào)文為數(shù)據(jù)交換的單位,報(bào)文攜帶有目標(biāo)地址、源地址等信息,在交換結(jié)點(diǎn)采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸方式。分組交換:分組交換仍采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)傳輸方式,但將一個(gè)長(zhǎng)報(bào)文先分割為若干個(gè)較短的分組,然后把這些分組(攜帶源、目的地址和編號(hào)信息逐個(gè)地發(fā)送出去。分組交換有數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路兩種交換方式數(shù)據(jù)報(bào):在目的地需要重新組裝報(bào)文。優(yōu)點(diǎn):如有故障可繞過(guò)故障點(diǎn)。缺點(diǎn):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(guò)虛呼叫設(shè)置一條虛電路。它適用于兩端之間長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)交換。優(yōu)點(diǎn):可靠、保持順序;缺點(diǎn):如有故障,則經(jīng)過(guò)故障點(diǎn)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(hào)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(wèn)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(xiàng)參數(shù)不隨時(shí)間變化的信道,它對(duì)信號(hào)的影響是確定的。恒參信道是對(duì)信號(hào)的影響是確定的或者是變化極其緩慢的,通常包括明線,對(duì)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(xiàng)參數(shù)隨時(shí)間變化的信道,它對(duì)信號(hào)的影響一般是不確定的。隨參信道是指信道傳輸特性承時(shí)間快速變化的信道,常見(jiàn)的隨參信道有陸地移動(dòng)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(duì)流層散射信道等。6.離散信道:信道中信號(hào)在時(shí)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(hào)在時(shí)間和幅度上都是連續(xù)的,則信道是連續(xù)信道。8.無(wú)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(hào)的信道。11. 數(shù)字信道:傳輸數(shù)字信號(hào)的信道12. 物理信道:一個(gè)實(shí)際存在的物理實(shí)體信道稱為物理信道,包含實(shí)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(gè)物理信道中來(lái)傳輸多路信號(hào)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(shí)變線性系統(tǒng)來(lái)表示!15. 是發(fā)送端發(fā)送的概率 是信道輸出符號(hào)為 而信道輸入符號(hào)為 的條件概率. 16. 互信息量:后驗(yàn)概率與先驗(yàn)概率之比的對(duì)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(hào)0和1組成,順次選擇兩符號(hào)構(gòu)成所有可能的消息,如果消息傳輸速率是每秒1000符號(hào),且符號(hào)出現(xiàn)的概率相等。傳輸中,平均每100符號(hào) 中有一個(gè)符號(hào)不正確,試問(wèn)這時(shí)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(hào)符號(hào)18.信息傳輸速率:指信道在單位時(shí)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(hào)0和1組

15、成,順次選擇兩符號(hào)構(gòu)成所有可能的消息,如果消息傳輸速率是每秒1000符號(hào),且符號(hào)出現(xiàn)的概率相等。傳輸中,平均每100符號(hào) 中有一個(gè)符號(hào)不正確,試問(wèn)這時(shí)傳輸?shù)男畔⒌乃俾适嵌嗌?19. 信道容量:一個(gè)信道的傳輸通力應(yīng)用信道最大可能傳輸?shù)乃俾蕘?lái)衡量,即對(duì)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(gè)符號(hào)平均所能傳遞的最大信息量,也就是最大 I (X ;Y值。此時(shí)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(hào)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(hào)與作用在信息上的起伏噪

16、聲的平均功率時(shí),在具有一定頻帶寬度B 的信道上, 理論上單位時(shí)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(gè)小像元組成。對(duì)于一般要求的對(duì)比度,每一像元大約取10個(gè)可辨別的亮度電平(例如對(duì)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(hào)/秒/符號(hào)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。現(xiàn)假如對(duì)于任何像元,10個(gè)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(lái)計(jì)算傳輸上述信號(hào)所需要的帶寬。每一個(gè)像元能以概率取10個(gè)亮度電平,所以每個(gè)像元的信息量 為每秒內(nèi)傳送的信息量為無(wú)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(duì)線作為一條通信線路,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中常用的是由4對(duì)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(jiǎn)稱為光纖(optical fiber,它是發(fā)展最為迅速的傳輸介質(zhì)。無(wú)線信道24.無(wú)線電波:波長(zhǎng)從幾千米到0.3米左右,一般的電視和無(wú)線電廣播的波段就是用這種波; 25.微波:波長(zhǎng)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(zhǎng)從10-3米到7.8×10-7米; 27. 可見(jiàn)光:這是人們所能感光的極狹窄的一個(gè)波段.波長(zhǎng)從(783.8×10-6厘米.光是原子或分子內(nèi)的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變時(shí)所發(fā)出的電磁波.由于它是我們能夠直接感受而察覺(jué)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(zhǎng)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(shí)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(qiáng);29.倫琴射線:這部分電磁波譜,波長(zhǎng)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(gè)能態(tài)跳至另一個(gè)能態(tài)時(shí)或電子在原子核電場(chǎng)內(nèi)減速時(shí)所發(fā)出的;30.射線:是波長(zhǎng)從10-1010-14米的電磁波.無(wú)線電波的傳播方式31.地波傳播:無(wú)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(lái)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(lái)長(zhǎng)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(guò)大地反射到接收端的傳播方式。35.散射傳播:利用對(duì)流層或電離層中的不對(duì)稱性來(lái)散射無(wú)線電波,使無(wú)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(duì)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(duì)模擬信號(hào)在時(shí)域上的離散化,即對(duì)一個(gè)時(shí)間連續(xù),幅度也連續(xù)的信號(hào)轉(zhuǎn)變成時(shí)間離散,幅度連續(xù)的信號(hào)的過(guò)程。2. 自然抽樣:在調(diào)制中,得

21、到的已調(diào)信號(hào)xs(nTs的脈沖頂部和原模擬信號(hào)波形相同。這種抽樣常稱為自然抽樣。3. 平頂抽樣:在實(shí)際應(yīng)用中,則常用“抽樣保持電路”產(chǎn)生的抽樣信號(hào),平頂抽樣。4. 低通抽樣定理:對(duì)于一個(gè)頻率范圍在0, f H 范圍的時(shí)間連續(xù)信號(hào)x(t, 若抽樣頻率f s 2f H ,對(duì)其均勻抽樣,則x(t被x s (nT s ( 完全確定,或者說(shuō)抽樣信號(hào)x s (nT s 將無(wú)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(gè)X (f 互不重疊,就能夠用一個(gè)低通濾波器分離X (f ,也就是能從抽樣信號(hào)中恢復(fù)原信號(hào)。 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(shí)間

22、間隔稱為奈奎斯特間隔。5. 帶通模擬信號(hào)的抽樣定理:設(shè)帶通模擬信號(hào)的頻帶限制在f L 和f H 之間,信號(hào)帶寬B = f H -f L 。則此帶通模擬信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)抽樣值的不同而變化:信號(hào)抽樣值小時(shí),量化間隔也小;信號(hào)抽樣值大時(shí),量化間隔v也

23、變大。在信號(hào)發(fā)射端,為實(shí)現(xiàn)非均勻量化,信號(hào)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖儞Q,通常這一變換過(guò)程稱為壓縮壓縮y = f(x,在信號(hào)接收端,信號(hào)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆醋儞Q,通常這一變換過(guò)程稱為擴(kuò)張擴(kuò)張x= f-1(y,關(guān)于電話信號(hào)的壓縮特性,國(guó)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(guó)大陸、歐洲各國(guó)以及國(guó)際間互連時(shí)采用A律及相應(yīng)的13折線法;北美、日本和韓國(guó)等少數(shù)國(guó)家和地區(qū)采用律及15折線法。8.非均勻量化的過(guò)程:書(shū)上41頁(yè)。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(shí)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(gè)均勻量化間隔,而非均勻量化時(shí)只有128個(gè)量化間隔。因此,在保證小信號(hào)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(yǔ)言編碼通信中,解調(diào)后信號(hào)和原傳遞信號(hào)的差異是因幅度和時(shí)間的量化而產(chǎn)生的,這種失真稱為量化失真。因?yàn)檫@種失真和雜亂的干擾一樣,聽(tīng)起來(lái)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(hào)的關(guān)系是相加,不管有沒(méi)有信號(hào),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(guò)程是將話音、圖像等模擬信號(hào)每隔一定時(shí)間進(jìn)行取樣,使其離散化,同時(shí)將抽樣值按分層單位四舍五入取整量化,同時(shí)將抽樣值按一組二進(jìn)制碼來(lái)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(shū)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(jiǎn)單的差值脈沖編碼。每個(gè)抽樣值不是獨(dú)立編碼,而是先根據(jù)前幾個(gè)抽樣值計(jì)算出一個(gè)預(yù)測(cè)值,再取當(dāng)前抽樣值和預(yù)測(cè)值之差。將此差值編碼并傳輸;基本量化噪聲:過(guò)載量化噪聲:(a 基本量化噪聲e(t (b 過(guò)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(guò)調(diào)制直接進(jìn)行數(shù)

26、字信號(hào)傳輸?shù)膫鬏敺绞?.頻帶傳輸:將數(shù)字基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)載波調(diào)制后傳輸?shù)膫鬏敺绞?.碼型: 數(shù)字信號(hào)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(guò)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(hào)利于信道傳輸。5.單極性碼,6.雙極性碼,7.單極性歸零碼(過(guò)渡碼型:8.雙極性歸零碼,9.差分編碼10.過(guò)渡碼型,可以直接提取同步信號(hào),是針對(duì)其他適合信道傳輸,但不能直接提取同步信號(hào)的碼型,可將其變換為單極性歸零碼后提取同步信號(hào)!11.帶限系統(tǒng)對(duì)脈沖信號(hào)的影響:數(shù)字信號(hào)是由一個(gè)個(gè)脈沖組合而成的序列,其輸入信號(hào)的頻譜較寬,而信道對(duì)于信號(hào)的各個(gè)頻率成分傳輸?shù)乃ズ氖遣煌?各個(gè)頻率成分在經(jīng)過(guò)不

27、同衰減后,再疊加在一起的波形肯定與原來(lái)的有形狀不同了。當(dāng)一個(gè)脈沖通過(guò)低通信道號(hào),輸出的是一個(gè)時(shí)間上展寬的信號(hào),這是由于輸入沖激函數(shù)的頻譜無(wú)限寬,而其中只有一部分能通過(guò)信道,這部分對(duì)應(yīng)的時(shí)域信號(hào)就有一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的拖尾。12.碼間干擾:通信時(shí),發(fā)送端是一個(gè)脈沖(碼元一個(gè)脈沖(碼元傳輸?shù)?在接收端接收信號(hào)時(shí),恢復(fù)數(shù)據(jù)時(shí),信號(hào)的拖尾可能會(huì)影響前一個(gè)碼元和下一個(gè)碼元的判決即它對(duì)其它碼元的判決引起的干擾稱為碼間干擾13.均衡:指對(duì)系統(tǒng)傳輸特性的補(bǔ)償和校正。14.均衡器:在基帶系統(tǒng)中插入的可以校正或補(bǔ)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(shí)域均衡:時(shí)域均衡,則是直接從時(shí)間響應(yīng)考慮

28、,使包括均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的沖激響應(yīng)滿足無(wú)碼間串?dāng)_條件。時(shí)域均衡原理:利用均衡器產(chǎn)生相應(yīng)波形去補(bǔ)償畸變的波形,關(guān)在最后通過(guò)抽樣判決來(lái)最有效地消除碼間干擾16.時(shí)域均衡器:由橫向?yàn)V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(shí)刻上有碼間串?dāng)_的響應(yīng)波形變成抽樣時(shí)刻上無(wú)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(gè)系統(tǒng)的總傳輸函數(shù)滿足無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件。18.眼圖:是一系列數(shù)字信號(hào)在示波器上累積而顯示的圖形。例:一個(gè)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(gè)狀態(tài)組發(fā)生的次數(shù)要盡量一致,否則有些信息將無(wú)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(diǎn)結(jié)論 最佳抽樣時(shí)刻應(yīng)是“眼睛”張開(kāi)最大的時(shí)刻;眼圖斜邊的斜率決定了系統(tǒng)對(duì)抽樣定時(shí)誤差的靈敏程度:斜率越大,對(duì)定時(shí)誤差越靈敏;圖的陰影區(qū)的垂直高度表示信號(hào)的畸變范圍;圖中央的橫軸位置對(duì)應(yīng)于判決門限電平;抽樣時(shí)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(shí)值超過(guò)它就可能發(fā)生錯(cuò)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(diǎn)位置的變化范圍,即過(guò)零點(diǎn)畸變,它對(duì)于利用信號(hào)零交點(diǎn)的平均位置來(lái)提取定時(shí)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(hào)托附到高頻振蕩的過(guò)程就叫調(diào)制!2. 調(diào)制技術(shù)概念延伸:用基帶信號(hào)來(lái)控制高

30、頻載波信號(hào)某個(gè)參數(shù),即高頻載波信號(hào)的某個(gè)參數(shù)的變化與基帶信號(hào)的變化具有一一對(duì)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(hào)s(t改變載波信號(hào)c(t的幅度參數(shù)! 頻率調(diào)制:用調(diào)制信號(hào)s(t改變載波信號(hào)c(t的頻率參數(shù)! 相位率調(diào)制:用調(diào)制信號(hào)s(t改變載波信號(hào)c(t的相位參數(shù)!4. 按調(diào)制信號(hào)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(hào)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(hào)是離散的,即數(shù)字基帶信號(hào)的每個(gè)碼元僅表示一個(gè)狀態(tài),數(shù)字基帶信號(hào)就像一個(gè)開(kāi)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(guò)開(kāi)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(hào)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?lái)的一半,即 如果利用相干解調(diào)方法, 即在解調(diào)的過(guò)程中,乘以載波 即 通過(guò)低通濾波器, 只保留低頻信號(hào)將得到與相比,除了幅度為原來(lái)的12外,完全攜帶了原始信號(hào)的信息. 8. 2ASK 振幅調(diào)制:通過(guò)高頻載波信號(hào)的輸出有,無(wú)來(lái)表示數(shù)字基帶信號(hào)“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(cè)法 9. 2FSK2e 2e 1Acos(,1(n t e t +=發(fā)送“”時(shí)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(guò)零檢測(cè)法、差分檢測(cè)法直接調(diào)頻: 是用數(shù)字基帶信號(hào)直接控制載波振蕩器的振蕩頻率。 頻移鍵控法:用基帶信號(hào)s(t (一個(gè)隨機(jī)的1、0脈沖信號(hào)分別控制兩個(gè)電子開(kāi)關(guān),即分別與一個(gè)載波相乘即可得到調(diào)制后的2FSK 信號(hào),解調(diào)方法:包絡(luò)解調(diào)和頻移鍵控法 包絡(luò)檢測(cè)法 相干解調(diào)2e FSK 過(guò)零檢測(cè)法:過(guò)零檢測(cè)法解調(diào)器的基本原理是,二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)數(shù)隨載波頻率不同而異,通過(guò)檢測(cè)過(guò)零點(diǎn)數(shù)從而得到頻率的變化 差分檢測(cè)法:輸入信號(hào)經(jīng)帶通濾波器濾除帶外無(wú)用信號(hào)后被分成兩路,一路直接送乘法器,另一路經(jīng)時(shí)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(hào)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(hào)的時(shí)域表達(dá)式為式中,n 表示第n 個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位:2e FSK 2PSK (Acos(c n e t t =+ 2PSK 信號(hào)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(hào)的解調(diào):由于2PSK 是一單頻信號(hào),只能用相干解調(diào)方法來(lái)解調(diào),該方法也稱為極性比較法t 00,1n =,發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“”時(shí)開(kāi)關(guān)電路2e倒“”現(xiàn)象:在2PSK 信號(hào)的載波恢復(fù)過(guò)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(huì)造成解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好相反,即“1”變?yōu)椤?”,“0”變?yōu)椤?”,判決器輸出數(shù)字信號(hào)全部出錯(cuò)。這種現(xiàn)象稱為2PSK 方式的“倒”現(xiàn)象或“反相工作”11. 相對(duì)相移鍵控DPSK :利用前后相鄰碼元的載波相對(duì)相位變化傳遞數(shù)字信息,又稱相對(duì)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制方法:直接調(diào)相法 、移鍵控法 (書(shū)上71頁(yè)解調(diào)方法:相干差分譯碼和相位差分檢測(cè) (書(shū)上71頁(yè) 相位差分檢測(cè) 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(hào)相位:或2e用這種方法解調(diào)時(shí)不需要專門的相干載波,只需由收到的2DPSK信號(hào)延時(shí)一個(gè)碼元間隔,然后與2DPSK信號(hào)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(cè)法,相干解調(diào)法、過(guò)零檢測(cè)法,差分檢測(cè)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(duì)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(cè)法第7章差錯(cuò)控制技術(shù)1差錯(cuò)控制編碼:為

36、控制差錯(cuò)所采用的編碼稱為差錯(cuò)控制編碼?；驹砀攀?對(duì)二進(jìn)制數(shù)字序列進(jìn)行適當(dāng)變化使原來(lái)彼此獨(dú)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(lái)檢測(cè)所傳輸信息的正確性或糾正傳輸中所產(chǎn)生的差錯(cuò)。檢錯(cuò)碼:只能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤但不能糾正的編碼叫檢錯(cuò)碼。糾錯(cuò)碼:不但能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤還不能糾正的編碼叫糾錯(cuò)碼。2碼長(zhǎng):碼組中碼元的總位數(shù),又稱為碼組長(zhǎng)度。3碼字的漢明重量:在分組碼中,把碼組中“1”的個(gè)數(shù)稱為碼組的重量,簡(jiǎn)稱碼重。4碼距:把兩個(gè)碼組中對(duì)應(yīng)位上數(shù)字不同的位數(shù)稱為碼組的距離,簡(jiǎn)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(gè)碼組之間相互比較,可能會(huì)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(gè)碼組相比較,碼距有1和2兩個(gè)值,則最小碼距為1。6糾/檢錯(cuò)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(gè)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(gè)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(gè)碼組內(nèi)要想糾正t位誤碼,同時(shí)檢測(cè)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(hào)(n,k表示,其中n是碼組的總位數(shù),又稱為碼組的長(zhǎng)度(碼長(zhǎng),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(cuò)控制方式:9前向糾錯(cuò)法(FEC接收端不僅能在收到的信碼中發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)碼,還能夠糾正錯(cuò)碼。對(duì)于二進(jìn)制系統(tǒng),如果能夠確定錯(cuò)碼的地方,就能夠糾正它。優(yōu)點(diǎn):不需要反向信道,也不存在由于反復(fù)重發(fā)而延誤時(shí)間,實(shí)時(shí)性好,缺點(diǎn):但是糾錯(cuò)設(shè)備要比檢錯(cuò)設(shè)備復(fù)雜。10檢錯(cuò)重發(fā)法(ARQ:接收端在收到的信碼中檢測(cè)出(發(fā)現(xiàn)錯(cuò)碼時(shí),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(cè)出錯(cuò)碼是指在若干接收碼元中知道有一個(gè)或一些是錯(cuò)的,但不一定知道該錯(cuò)碼的準(zhǔn)確位置。采用這種差錯(cuò)控制方法需要具備雙向信道。11混合糾錯(cuò)HEC :這一方式實(shí)質(zhì)上是FEC和ARQ方式

39、的綜合。當(dāng)收端接收到少量錯(cuò)碼時(shí),就在接收端直接糾正,即采用前向糾錯(cuò)方案;當(dāng)錯(cuò)碼太多超過(guò)其糾錯(cuò)能力時(shí),則采用檢錯(cuò)重發(fā)方式。HEC充分利用了前向糾錯(cuò)和檢錯(cuò)重發(fā)系統(tǒng)的特點(diǎn),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(dòng)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(cuò)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(jiǎn)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(jiàn)的一種簡(jiǎn)單檢錯(cuò)碼,其編碼規(guī)則是:把信息碼先分組,形成多個(gè)許用碼組,在每一個(gè)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(duì)于偶數(shù)監(jiān)督碼必須保證對(duì)于奇數(shù)監(jiān)督碼必須保證簡(jiǎn)單的奇偶監(jiān)督碼只能檢測(cè)出發(fā)生奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤的碼組。14 定比碼:又稱等比碼或等重碼,它的每個(gè)許用碼組中含1、0的個(gè)數(shù)是固定的。編碼時(shí),取所有含l 、0個(gè)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(yàn)碼比一維奇偶校驗(yàn)碼多了個(gè)列校驗(yàn)。因?yàn)楸纫痪S奇偶校驗(yàn)碼多了個(gè)列校驗(yàn),因此,其檢錯(cuò)能力有所提高。除了檢出行中的所有奇數(shù)個(gè)誤碼及長(zhǎng)度不大于行數(shù)的突發(fā)性錯(cuò)誤外,還可檢出列中的所有奇數(shù)個(gè)誤碼及長(zhǎng)度不大于列數(shù)的突發(fā)性錯(cuò)誤。 二維奇偶監(jiān)督碼不僅可用來(lái)檢錯(cuò),還可用

41、來(lái)糾正一些錯(cuò)碼。例如,當(dāng)碼組中僅在一行中有奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤時(shí),則能夠確定錯(cuò)碼位置,從而糾正它。16. 正反碼:每一個(gè)正反碼字由10個(gè)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(shí),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(shí),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(duì)應(yīng)的位進(jìn)行模2加,得到一個(gè)5位的合成碼,然后用合成碼產(chǎn)生一個(gè)校驗(yàn)碼;B. 如果接收的碼字中的信息碼中“1”的個(gè)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(yàn)碼,如果信息碼中“1”個(gè)數(shù)為偶數(shù),則合成碼的反碼作為校驗(yàn)碼,C.并根據(jù)書(shū)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?yàn)榻邮沾a字中的信息碼中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè),因此校驗(yàn)碼為00000,根據(jù)表7.3.1 無(wú)傳輸錯(cuò)誤如發(fā)送碼為10101 10101,接收碼為1010100101,合成碼為1010100101=10000,因?yàn)榻邮沾a字中的信息碼中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè),因此校驗(yàn)碼為10000因根據(jù)表7.3.1 可看到錯(cuò)誤發(fā)生在監(jiān)督碼“1”的位置上,故自動(dòng)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(shuō),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(gè)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(duì)應(yīng)的碼多項(xiàng)式m (x 乘以x n-k , 得y (x ;(2 用y (x 除以生成多項(xiàng)式g (x ,得余式r (x ;(3 將余式r (x 對(duì)應(yīng)的碼列出,即為其校驗(yàn)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(xiàng)式m(x=x 2+x生成多項(xiàng)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(shí)需要通過(guò)數(shù)據(jù)通信設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行某種變換和處理才能適合有線或無(wú)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(jì)算機(jī)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(hào)變換器等。4.接口標(biāo)準(zhǔn):對(duì)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(jī)械性能、電氣特性、功能特性、過(guò)程特性4個(gè)方面機(jī)械性能:涉及的是DTE和DCE的實(shí)際物理連接。例:典型的是,信號(hào)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(gè)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(shí)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(shí)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(shí)間相同的信號(hào)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(lái)執(zhí)行這些功能分為數(shù)據(jù)電路、控制電路、時(shí)序電路以及電氣接地過(guò)程特性:定義了傳輸數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)生的時(shí)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(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)于1969年頒布的一個(gè)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(hào)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(dòng)化、儀器儀表等領(lǐng)域機(jī)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(gè)引腳,但實(shí)際應(yīng)用于串行通信時(shí)僅需要9個(gè)電壓信號(hào),即2個(gè)收發(fā)數(shù)據(jù)信號(hào)RXD和TXD、6個(gè)控制信號(hào)和1個(gè)信號(hào)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(dòng)器與接收端接收器的電平關(guān)系、負(fù)載要求、信號(hào)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(hào)有效電壓為+3V+15V,信號(hào)無(wú)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(shuō)明了它們之間的相互關(guān)系。RS-23C規(guī)定了21條信號(hào)線和25芯連接,表9.2.2為接口電路的功能約定。過(guò)程特性:見(jiàn)書(shū)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(hào)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(dòng)接收器。RS-422A標(biāo)準(zhǔn)的電氣特性對(duì)邏輯電平的定義是根據(jù)兩條線間的電壓差來(lái)決定的。當(dāng)A的電平比B,的電平低-2V-6V時(shí),表示邏輯“0”;當(dāng)A的電平比B,的電平高+2+6V時(shí),表示邏輯“1”。當(dāng)A的電平比B的電平大于200mA時(shí),表示邏輯“1”;

49、當(dāng)A的電平比B的電平小于200mA時(shí),表示邏輯“0”。RS-422標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了發(fā)送端只有1個(gè)發(fā)送器,而接收端可以有多個(gè)接收器,這就意味著,它可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信,最多可接256個(gè)節(jié)點(diǎn)。即一個(gè)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(dòng)/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(lái)傳輸信號(hào),規(guī)定信號(hào)的參考電平為地。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電路中只允許有1個(gè)單端發(fā)送器,但可以有多個(gè)接收器。因此,允許在發(fā)送器和接收器間有一個(gè)電位差。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定邏輯“1”的電

50、平必須超過(guò)4V,但不能超過(guò)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(dòng)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(shí),最大傳輸速率為100kbit/s;若傳輸速率為1kbit/s時(shí),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(gè)發(fā)送器,而RS-485標(biāo)準(zhǔn)允許有多個(gè)發(fā)送器, RS-485采用共線電路結(jié)構(gòu),即在一對(duì)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(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸中多個(gè)驅(qū)動(dòng)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(qiáng)、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(shí),傳輸距離可達(dá)1200m;在9600bit/s時(shí),傳輸距離可達(dá)15km。在傳輸距離為15m時(shí),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(jiǎn)化計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備的連接過(guò)程,USB并不完全是一個(gè)串行接口,而是一種串行總線。目前,計(jì)算機(jī)設(shè)備均配置了多個(gè)USB接口,它可以接

52、入種類繁多的外設(shè),成為了計(jì)算機(jī)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(dòng)設(shè)置、連接便捷、無(wú)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(jì)算機(jī)的USB接口上。不需要時(shí),可直接將其拔下,USB設(shè)備的插拔不會(huì)損壞計(jì)算機(jī)和USB外設(shè)。USB接口處包含了一個(gè)+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(wú)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(shí),才需要給USB外設(shè)供電。19.CAN現(xiàn)場(chǎng)總線:是在上世紀(jì)八十年代初,德國(guó)BOSCH公司為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代汽車生產(chǎn)中眾多的汽車內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信而開(kāi)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(shí)時(shí)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(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息,而不分主從,且不需站地址等結(jié)點(diǎn)信息;(2CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級(jí),以滿足和協(xié)調(diào)各自不同的實(shí)時(shí)性要求;(3采用非破壞性總線仲裁技術(shù),當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息時(shí),按優(yōu)先級(jí)順序通信,大大節(jié)省總線沖突仲裁時(shí)間,避免網(wǎng)絡(luò)癱瘓;(4CAN通過(guò)報(bào)文濾波實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送數(shù)據(jù),無(wú)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(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路,目前可達(dá)110個(gè)。報(bào)文標(biāo)志符可達(dá)2032種(CAN2.0A,擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)(CAN2.0B的報(bào)文標(biāo)志符幾乎不受限制;(7短幀,傳輸時(shí)間短,抗干擾能力強(qiáng),檢錯(cuò)效果好。其中每幀字節(jié)數(shù)最多為8個(gè),能夠滿足工業(yè)領(lǐng)域的一般要求,也能保證通信的實(shí)時(shí)性;(8CAN每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)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(yàn)、優(yōu)先級(jí)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(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下可以自動(dòng)關(guān)閉輸出功能,使總線上其

55、他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響;(12已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化(國(guó)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(wèn)。CAN控制器只能在總線空閑時(shí)開(kāi)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(shí)鐘因累計(jì)誤差而錯(cuò)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(hào)使用差分電壓傳送,兩條信號(hào)線被稱為CAN_H和CAN_L。靜態(tài)時(shí)均是2.5v左右,此時(shí)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(shí)呈隱形電平,此時(shí)任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以向總線發(fā)送一個(gè)顯性電平作為一

56、個(gè)幀的開(kāi)始。如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送,就會(huì)產(chǎn)生總線沖突。CAN總線采用“載波監(jiān)測(cè)/沖突避免”(CSMA /CA的通信技術(shù)。載波監(jiān)測(cè)的意思是指在總線上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送信息報(bào)文前都必須監(jiān)測(cè)到總線上有一段時(shí)間的空閑狀態(tài),一旦此空閑狀態(tài)被監(jiān)測(cè)到,那么每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有均等的機(jī)會(huì)來(lái)發(fā)送報(bào)文。這被稱為多主掌控。沖突避免是指在兩個(gè)以上節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息時(shí),節(jié)點(diǎn)本身首先會(huì)檢測(cè)到出現(xiàn)沖突,然后采取相應(yīng)的措施來(lái)解決這一沖突情況。當(dāng)總線出現(xiàn)發(fā)送沖突時(shí),通過(guò)仲裁后原發(fā)送信息不會(huì)受到影響。所有的仲裁判別都不會(huì)破壞優(yōu)先級(jí)高的報(bào)文信息內(nèi)容,也不會(huì)對(duì)其發(fā)送產(chǎn)生任何時(shí)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,