ch3DCS数据通信技术.ppt
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第三章DCS数据通信技术,本章主要内容:
3.1数据通信概述3.2数据通信中的检错与纠错,3.1数据通信概述-数据,数据是由计算机处理的数字、字母和符号等具有一定意义的实体。
数据分为两种,即模拟数据和数字数据。
模拟数据:
可以在一定的数据区间内取连续的数值。
如生产过程中的压力、温度、流量、物位等数据。
数字数据:
只能取离散的数值。
3.1数据通信概述-通信系统模型,任何一个通信系统都可以借助如图所示的通信系统模型来抽象地进行描述。
3.1数据通信概述-数据传输信号类型,数据通信中数据要进行传输,数据传输所采用的信号要反映数据的特点但又不同于数据本身。
模拟数据可以用模拟信号传输,也可以用数字信号传输。
数字数据可以用数字信号传输,也可以用模拟信号传输。
模拟数据采用模拟信号传输数字数据采用模拟信号传输数字数据采用数字信号传输模拟数据采用数字信号传输,3.1数据通信概述-信息,信息:
语音、图像、文字、数据等信息的类别连续信息信息的状态随时间而连续变化离散信息信息的状态是可列的或是离散的,3.1数据通信概述-通信信号,两种基本传输信号模拟信号数字信号模拟通信以模拟信号作为载体来传输信息数字通信以数字信号作为载体来传输信息数据通信若信息源产生的是数据,则整个通信过程称为数据通信。
3.1数据通信概述-数据编码,在通信系统中,为实现正常通信,要对二进制码和字符的对应关系作一个统一的规定,这种规定即称为编码。
控制字符美国信息交换标准码ASCII码扩展ASCII码,3.1数据通信概述-调制,将数据信号转换成能在模拟信道上传输的模拟信号振幅调制ASK(AmplitudeShiftKeying)用原始脉冲信号去控制载波的振幅变化频率调制FSK(FrequencyShiftKeying)用原始脉冲信号去控制载波的频率变化相位调制PSK(PhaseShiftKeying)用原始脉冲信号去控制载波的相位变化,3.1数据通信概述-调制(续),三种调制信号示意图,3.1数据通信概述-传输速率,调制速率单位时间内所能调制的调制次数,单位是波特数据信号速率单位时间内通过信道的信息量,单位是比特/秒数据传输速率单位时间内传送的数据量,单位常用字符/分表示,3.2数据通信中的检错与纠错,产生差错的原因差错检测技术差错控制,3.2.1产生差错的原因,噪音:
如热噪音是由分子热运动引起的随机噪音;冲击噪音来自于脉动的电磁干扰,如触点电弧。
传输失真:
信号在物理信道中传输时,其幅度衰减,波形发生畸变,引起差错。
载波干扰:
由于载波的振幅、相位、频率发生抖动,使信号差错。
3.2.1产生差错的原因(续),传输反射干扰:
信号在通信媒体传输时,由于线路未按媒体的特性阻抗匹配来连接,引起反射造成差错。
线间串扰:
由相邻信号线间的电磁感应引入干扰,或者由于漏电,造成线间绝缘下降引入电阻性耦合干扰。
静电干扰:
以静电形式对信道引入感应,造成差错。
3.2.2差错检测技术
(1),差错检测技术的原理发送方在发送数据的基础上,生成某些校验编码,然后将该校验编码附加在数据后面一起发送接收方收到数据和校验码后,用校验码对收到的数据进行检验,以确立本次传输是否正确差错检测技术的核心:
校验编码,即抗干扰编码,抗干扰编码,抗干扰编码它是按一定规则给数据码元加上冗余码元,然后一起发送,在接收端按相应规则检查数据码元和冗余码元的关系,发现差错甚至自动纠正差错。
检错码:
只能检测错误不能纠正错误的抗干扰编码。
纠错码:
具有自动纠错功能的抗干扰编码称为。
常用的校验编码方法奇/偶校验编码循环冗余校验编码,3.2.2.1奇/偶校验,采用奇校验报文加上校验位后应保证“1”码元个数为奇数采用偶校验报文加上校验位后应保证“1”码元个数为偶数奇偶校验方法只有在出错码元个数是奇数的情况下才有效,当出错码元个数成偶数时,此法无能为力。
实际应用时,为提高检错能力,常把数据组成矩阵的形式,分别对水平(行)和垂直(列)进行奇偶校验。
3.2.2.2循环冗余校验CRC,简称循环码或CRC码循环冗余校验的特点有严密的数学结构,检错能力强实现简单容易循环码:
是线性码的一个子类,3.2.2.2循环冗余校验CRC-线性码,设传送的数据码是k位,附加检验码是r位,rn一k,组成n位的抗干扰码,记为(n,k)码。
当r位检验码都是由k位数据码的某几位经模2加得到,这种抗干扰码称为线性码。
3.2.2.2循环冗余校验CRC-线性码,例如,数据位是3位,用(a0a1a2)表示。
取检验码为(a3a4a5a6),即r4。
由(a0a1a2a3a4a5a6)组成抗干扰码。
若校验位满足下列关系:
a3a0a2,a4a0a1a2a5a0a1,a6a1a2式中,是模2加由于信息位共3位,可组成的8个抗干扰编码:
0000000,001110l,0100111,01110101001110;1010011,1101001,1110100,线性码的封闭性,可以发现,按上述规则组成的码字具有当任两个码字的相应位作模2加时,其结果还是在这8个码字集中,这称为线性码的封闭性。
3.2.2.2循环冗余校验CRC,若线性码C的一个码字作循环右移1位后得到的码字还是C中的码字,这种线性码称为循环码。
如上例中的线性码就是循环码。
校验码的生成过程如下:
(1)设要发送的数据为A,把A与G(称为生成多项式)的最高次项相乘得到A(通过移位来实现)
(2)用G(生成多项式)除A(3)将上一步相除后所得的余数作为校验码(即CRC)(4)将A与余数相加后传输,3.2.2.2循环冗余校验CRC(续),在接收端的校验方法如下:
(1)用与发送端相同的多项式G去除所接收到的A+余数;
(2)如果能除尽,表示无差错,去掉余数后,得到数据;(3)如果除不尽,说明有差错,按一定规则进行纠错或请求重发。
3.2.2.2循环冗余校验CRC(续),把码字中的各位看作一个多项式的系数,则可表示为:
称为码字A的码多项式。
可以证明,在一个(n、k)循环码中,存在一个且只有一个(nk)次码多项式G(x):
3.2.2.2循环冗余校验CRC(续),满足此循环码中任一码多项式都是G(x)的倍式,且任意一个(n一1)次或(n一1)次以下的、又是G(x)倍式的多项式必是此循环码的一个码多项式。
称G(x)是此循环码的生成多项式。
设要传送的k位数据是,对应码多项式:
两边乘xn-k,得:
3.2.2.2循环冗余校验CRC(续),式中,q(x)和r(x)分别是上多项式除以生成多项式G(x)后的商式和余式。
上式两边加上r(x),由于模2运算时,多项式加上它本身后成为系数全0的多项式,因此有:
由于,r(x)次数不大于n-k-1,即:
3.2.2.2循环冗余校验CRC(续),因此,由式可知,G(x)的倍式也是G(x)生成的循环码的一个码多项式,这样,在传送时,先把m个数据位对应的码多项式乘以xn-k,再除以G(x)(按模2运算法则,作减法不产生借位,加法不产生进位),得余式的对应码字和数据码一起就构成循环冗余码。
接收端收到的信息组成码多项式,除以同一生成多项式,如余式不为0,则表示发生了差错。
3.2.2.2循环冗余校验CRC(续),国际上报荐的循环冗余码有:
用于6位字符长度的CRC12用于8位字符长度的CRC16CRCCCITT,例:
设信息码序列m=101,g(x)=1+x2+x3+x4,生成(7,3)循环码,m对应码多项式为:
m(x)=1+x2.N-k=4,则m(x)两边乘以x4,得:
x6+x4除以生成多项式g(x)(都按降幂排列)得余式:
r(x)=x+1得码多项式:
A(x)=r(x)+x4m(x)则循环码为:
A=(1010011),=x6+x4+x+1,例,在接收端用生成多项式G(x)去除F(x),如果除得尽(余数=0)表示无差错。
3.2.2.3差错控制,超时重发拒绝接收选择拒绝探询(POLL)主站主动发出探询命令,从站接到探询命令后尽快作出响应。
响应可以是数据帧,也可以是控制帧。
主站收到应答,则信道工作正常。
否则主站重发数据帧。
本章小结,介绍了通信技术的基本概念、差错产生的原因及差错检测技术,习题与思考题,何谓数据?
分类?
简单介绍数据在通信过程中产生差错的原因?
解决办法?
各有何特点?
线性码、CRC循环码的编码计算例题,
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