文章目錄

• 網絡與通信基礎
• • 一、基本名詞
  • 二、通信系統性能指標
  • 三、數據編碼
  • 四、數據傳輸方式
  • 五、通信線路工作方式
  • 六、信號傳輸模式
  • 七、傳輸錯誤檢測
  • 八、傳輸差錯校正

網絡與通信基礎

一、基本名詞

通信系統簡化模型：

通信系統常用概念：

總線： 傳輸信息（信號）的公共通道，它遵循某種技術規范。通常分為系統總線和通信總線（串行總線和並行總線）兩大類，如ISA，PCI ，IDE ，USB ，VXI。

串行總線： 一個個比特依次順序傳輸，傳輸距離較遠，傳輸效率低，速度慢

並行總線： 幾個比特（bit）同時傳輸，傳輸距離有限，傳輸效率高，速度快

總線技術： 包括通道控制、仲裁方法和傳輸方式等內容

總線技術規范： 包括機械特性、電氣特性和通信協議等一系列標准

總線段（bus segment）： 總線連接在一起的1組設備，該組設備使用統一的技術規范。

總線協議（bus protocol）： 總線上設備遵從統一的規約（規則）。

總線仲裁： 總線上設備同時有一個以上設備需要占用總線時，需要總線仲裁，以免發生沖突，可以采用優先級等多種方案解決總線沖突問題。

現場/總線設備： 網絡節點，現場設備具備測量控制功能和數據通信能力，包括具有總線通信接口的傳感器、變送器、執行器、控制單元等。

二、通信系統性能指標

通信的任務是傳遞（互通）信息。從信息傳輸的角度來說，最基本也是最主要的性能指標是信息傳輸的 有效性和可靠性 。

通信的有效性是指在給定的信道內傳輸信息的數量，即信息傳輸的速度問題；而通信的可靠性是指在給定的信道內接收信息的准確程度，即信息傳輸的質量問題。

有效性和可靠性往往是相互矛盾的，必須根據實際要求取得相對統一

對於不同系統主要性能：

• 模擬通信系統

有效性：有效頻帶（在給定傳輸帶寬的信道中，能同時傳輸的信號路數越多，則系統的傳輸有效性就越高）

可靠性：信噪比（信噪比越高，信息傳輸的准確性就越高，通信質量就越好）

• 數字通信系統

有效性：碼元傳輸速率（簡稱傳碼率RB ）是指系統每秒傳送的碼元數目，其單位為波特（Baud,常用B表示），又稱為波特率

可靠性：誤碼率（指錯誤接收的碼元數在傳送總碼元數中所占的比例）

通信系統其它性能指標：

1. 有效性：信息的傳輸速率。
2. 可靠性：信息的傳輸質量。
3. 適應性：環境使用條件。
4. 標准性：標准的互換性。
5. 保密性：系統的靈活性，是否便於加密。
6. 經濟性：系統成本高低。
7. 可維護性：使用、維護的方便性。

其中有效性和可靠性是通信系統最主要的性能指標

三、數據編碼

信號編碼分為模擬數據編碼和數字數據編碼

模擬數據編碼：

1. 幅值鍵控編碼
2. 頻移鍵控編碼
3. 相移鍵控編碼

數字數據編碼：

1. 單極性碼波形

   在這種編碼方案中，使用正電壓表示1，0電壓表示0電壓表示數據

2. 雙極性碼波形

   使用正電壓表示1，負電壓表示0

3. 單極性歸零碼波形

   在1的基礎上衍生，表示完0或者1，會有一小段電平歸零

4. 雙極性歸零碼波形

   同上

5. 差分碼波形

   使用差分電平表示電壓

6. 多元碼波形（多電平碼波形）

四、數據傳輸方式

1. 根據傳輸線路分為串行和並行傳輸

• 串行傳輸： 將數字信號碼元序列按時間順序一個接一個地在信道中傳輸。這種方式只需占用一條通路。一般的遠距離數字通信大都采用串行傳輸方式

• 並行傳輸： 如果將數字信號碼元序列分割成兩路或兩路以上同時在多個信道中傳輸，則稱為並行傳輸

2. 數字通信中，信號傳輸需要時鍾信號同步，根據使用時鍾信號方式的不同，分為異步傳輸和同步傳輸

• 同步傳輸：所有設備使用統一的時鍾信號。數據傳輸效率高，適合高速通信，但傳輸距離有限。

以固定時鍾節拍來發送數據信號，每次發送不是以一個字符而是以一個數據塊為傳輸單位，並在數據塊的前、后加上標志來表明塊的開始和結束。
• 優點：比異步傳輸快速得多，它不需要對每一個字符單獨加起、止信號作為識別字符的標志，只是在一串字符的前后加上標志序列。
• 缺點：技術上比異步傳輸要復雜。
• 主要用於速率較高數據傳輸的應用。

• 異步傳輸：每個節點具有獨立的時鍾信號，在一定誤差范圍內，都可以保證可靠傳輸

以固定時鍾節拍來發送數據信號，每次發送不是以一個字符而是以一個數據塊為傳輸單位，並在數據塊的前、后加上標志來表明塊的開始和結束。
• 優點：比異步傳輸快速得多，它不需要對每一個字符單獨加起、止信號作為識別字符的標志，只是在一串字符的前后加上標志序列。
• 缺點：技術上比異步傳輸要復雜。
• 主要用於速率較高數據傳輸的應用。

3. 數字通信系統都需要進行同步，確保信息的正確傳輸，同步方式主要有：位同步，字符同步和幀同步

• 位同步：起止式異步傳輸，利用起止法來達到收發同步。位同步信號的提取也可以通過數據編碼實現。
• 字符同步：電報傳輸，通過增加1個或多個同步字符實現數據傳輸的同步。
• 幀同步：收發雙方通過幀頭和幀尾實現同步，是現場總線主要采用的同步方式。

五、通信線路工作方式

• 單工通信：指消息只能單方向進行傳輸的工作方式

半雙工通信：指通信雙向都能收發消息，但不能同時進行收發的工作方式

全雙工通信：指通信雙向可同時進行收發消息的工作方式

六、信號傳輸模式

• 基帶傳輸： 直接利用基帶信號通過傳輸信道進行傳輸的方式，主要用於傳輸數據量不大的應用。

• 載波（調制）傳輸：對載波波形的某些參量進行控制，使載波的這些參量隨基帶信號的變化而變化，通常選擇正弦信號作為載波，可分為數字調制和模擬調制。

• 寬帶網（千兆網）：數據傳輸量大，傳輸速率高，能夠傳輸數據、語音、圖像等多媒體信息，用於廣域網。

七、傳輸錯誤檢測

傳輸差錯根本原因是信道內存在的噪聲和傳輸特性的不理想造成的碼間干擾，故傳輸到接收端后可能發生錯誤判決，通常僅把噪聲作為傳輸差錯的根本原因，傳輸錯誤類型主要分為下面三種：

1. 單比特錯誤
2. 多比特錯誤
3. 突發錯誤

檢測傳輸差錯的方法主要有下面幾種：

1. 奇偶校驗
2. 求和校驗
3. 縱向冗余校驗 LRC
4. 循環冗余校驗 CRC

八、傳輸差錯校正

自動校正的方法如下

1. 自動重傳

   檢測到差錯，發送端重新傳輸

2. 前向差錯糾正

   在接受端發現錯誤之后，按照某種方式來糾正錯誤，常用的方式是海明碼編碼糾錯，適用於單比特糾錯

3. 多比特錯誤糾正

   使用相互重疊的數據位組合來計算冗余位，實現多比特錯誤的檢測與糾正