工业系统的网络化控制通信与通信概述课件

第二讲通信的基本概念参考书籍通信原理与通信技术主编张卫钢，西安电子科技大学出版社第二讲通信的基本概念参考书籍1概念和通信系统通信：就是信息的传递，“传递”就是信息传输的方式和过程。通信系统组成包括，硬件，软件和传输介质硬件包括，信源、信宿、传输介质、收信、发信设备概念和通信系统通信：就是信息的传递，“传递”就是信息传输的方2通信系统的分类按信号特征的分类传输模拟信号的系统称为模拟通信系统传输数字信号的系统称为数字通信系统两者之间的差别是在数字通信系统增加了信源编码和信道编码。信源编码是将模拟信号转换为数字信号的功能；信道编码是将信源编码的数字信号变成适合于信道传输的码型，以提高传输的有效性和可靠性。通信系统的分类按信号特征的分类3重新分类模拟通信，模拟通道传输模拟信号数字通信，接收和发送是模拟信号，而传输是以数字过程或方式，是以数字形式传输模拟信号数据通信，接收和发送是数字信号，而传输既可以是数字过程或方式，也可以是模拟过程或方式，主要指计算机之间的数据通信重新分类模拟通信，模拟通道传输模拟信号4数字通信的特点抗干扰能力强便于对信号加工与处理，计算机处理传输中出现的误码可以设法修正，提高传输质量数字信息易于加密，且保密性强能够传输话音、电视、数据等多种信息，增加通信的灵活性和通用性数字通信的特点抗干扰能力强5按传输介质分类有线无线按传输介质分类有线6按调制方式分类基带通信系统调制通信系统按调制方式分类基带通信系统7按通信业务分类电话通信电报通信广播通信电视通信数据通信按通信业务分类电话通信8按工作波段分类长波通信中波短波微波光通信按工作波段分类长波通信9通信方式按通信数量，分为点对点，一点对多点，多点对多点按传输方向与传输时间，单工，半双工，双工按通信终端的连接方式分为直通和交换方式按数字信号传输顺序，分串行和并行按同步不同，分异步和同步通信方式按通信数量，分为点对点，一点对多点，多点对多点10信道和传输介质信道，信号传输的途径，调制信道，是通过乘性干扰和加性干扰影响通信质量编码信道，是数字序列的变化干扰影响通信质量信道和传输介质信道，信号传输的途径，11传输介质有线介质，双绞线、同轴电缆、架空明线，多芯电缆，光纤无线介质，空间和大气传输介质有线介质，双绞线、同轴电缆、架空明线，多芯电缆，光纤12有线介质双绞线，屏蔽STP和非屏蔽UTP，传输距离几米到十几千米。第一类双绞线就是住宅常用的缠绕式电话线，只适用于语音传输。不适用高速数据传输第二类传输速率4Mb/s，可语音传输和数据传输第三类传输速率10Mb/s，局域网采用的最低档双绞线第四类传输速率16Mb/s，主要用于令牌环网第五类传输速率100Mb/s，用于光纤分布数据接口FDDI、快速以太网和ATM。超五类传输速率可155Mb/s有线介质双绞线，屏蔽STP和非屏蔽UTP，传输距离几米到十几13同轴电缆50Ώ的基带同轴电缆，75Ώ的宽带同轴电缆基带同轴电缆，一条基带同轴电缆只支持一个信道，传输带宽1－20MHZ，能够以10Mb/s的速率把基带数字信号传输1－1.2km。宽带同轴电缆，支持的带宽300－400MHZ，传输距离可达100km。用于综合服务宽带网的多路复用同轴电缆50Ώ的基带同轴电缆，75Ώ的宽带同轴电缆14光纤单模多模项目单模光纤多模光纤距离长短数据传输率高低光源激光发光二级管信号衰减小大端接较难较易造价高低光纤单模项目单模光纤多模光纤距离长短数据传输率高低光源激光发15无线介质无线电波光波，红外和激光对于无线电频率高低分为9个大波段传播方式无线介质无线电波16频段名称频率范围传输介质用途葚低频3－30k有线，长波音频，电话，导航，时标低频30－300k有线，长波导航，信标，电力通信中频300k-3M同轴电缆，中波调幅广播，移动通信高频3-30M同轴电缆，短波手机通信，军用定点葚高频30-300M同轴电缆，米波电视，导航，车辆通信特高频300M-3G波导，分米波电视，遥测，雷达超高频SHF3-30G波导，厘米波蓝牙技术，移动通信极高频EHF30G-300G波导，毫米波雷达，射电天文学紫外线，红外线，可见光10-5-光纤，激光空间传播光通讯频段名称频率范围传输介质用途葚低频3－30k有线，长波音频，17信号与噪声信号噪声，单频噪声，脉冲噪声，起伏噪声信号与噪声信号18信号频谱与信道通频带周期信号的频谱非周期信号的频谱信道通频带信号频谱与信道通频带周期信号的频谱19通信系统的性能评价有效性和可靠性对于模拟通信，用传输带宽来衡量有效性，用接收端的信噪比来评价可靠性。带宽由传输介质和信号的处理方式决定。对于数字通信，用信息传输速率（比特率）来衡量有效性，表示单位时间内传输的信息量；单位时间内传输的码元个数为码元传输速率，其单位为波特，称为波特率。波特率体现系统传输信号的能力。两者之间的关系由多进制决定。通信系统的性能评价有效性和可靠性20通信系统的性能评价可靠性由差错率来衡量，有两个内容误码率和误信率。误码率，错误的码元/传输的总码元数误信率，错误的比特数/传输的总比特数通信系统的性能评价可靠性由差错率来衡量，有两个内容误码率和误21网络的信息通信基础数据传输技术

二进制信号传输,以电压或电流方式有无来反映 信号传输：模拟信号传输和数字信号传输数据编码不归零制NRZ，无法区分一位的结束和另一位的开始曼彻斯特编码，用跳变或沿触发形式，容易实现发送方和接收方同步差分曼彻斯特编码，有跳变就是0，无跳变就是1，每位之间的跳变为同步之用网络的信息通信基础数据传输技术22用模拟信号表示数据幅移键控法ASK，载波的幅值随调制信号的变化而变化频移键控法FSK，载波的频率随调制信号的变化而变化相移键控法PSK，载波的相位随调制信号的变化而变化用模拟信号表示数据幅移键控法ASK，载波的幅值随调制信号的23数据传输速度数据传输速率，比特数在模拟线路传输数字信号，需要对数字信号调制，有三种方式，AM、FM和PM。每秒线路状态变化最大次数为调制频率，用波特率表示数据信号速率=调制速率*k，k为1次调制可能传送的位数数据传输速度数据传输速率，比特数24两台设备之间的数据传输异步同步面向字符的传输方案，以字符为单位，如BISYNC面向位的传输方案，以位为单位，如SDLC和HDLC两台设备之间的数据传输异步25多台设备的数据传输频分多路复用FDM，时分多路复用TDM统计时分多路复用STDM波分多路复用WDM,850,1310,1550多路复用器MUX多台设备的数据传输频分多路复用FDM，26信号的传输方式基带传输，就是在数字通信的信道上直接传输数据。目前局域网、控制网络采用此方式。载波传输，采用数字信号对载波进行调制后实行传输。宽带网。异步传输模式，ATM支持多媒体通信，包括数据、语音和视频信号，按需分配频带，速率达155Mbps-2.4Gbps,也有25Mbps和50Mbps的ATM，适用于局域网和广域网。信号的传输方式基带传输，就是在数字通信的信道上直接传输数据。27网络中计算机的数据交换方式线路交换方式，优点：通信实时性强，适用于交互式通信。缺点：不具备突发性通信、系统效率低、不具有存储数据的能力，不具备差错控制能力。存储转发交换方式，与线路交换方式的主要区别在于，按一定格式发送数据、目的地址、原地址和控制信息，组成报文和报文分组。通信控制处理器要完成接收数据、差错校验、存储、路选和转发功能。数据报方式，传输延时较大,适用于突发通信,不善于长报文,会话式通信虚电路方式,节点需要做差错检测,无需做路径选择,节点之间可建立多条虚电路连接.网络中计算机的数据交换方式线路交换方式，优点：通信实时性强，28交换方式的总结线路交换方式适合于高负荷的持续通信要求，尤其是会话式通信与语音、图像通信，不适合突发性通信报文交换方式适合于长报文、无实时要求的通信，不适合会话式通信；数据报方式适合于灵活的突发性短报文传输，不适合会话式和有实时性要求的通信；虚电路方式既适合于定时、定对象、长报文通信，也适合会话式通信和语音、动态图像和图形通信要求交换方式的总结线路交换方式适合于高负荷的持续通信要求，尤其是29网络互连设备中继器网桥路由器网关网络互连设备中继器30差错检测与控制纠错码方案,让每个传输的报文分组带上足够的冗余信息,以便在接收端发现并自动纠正传输错误。复杂、造价高、费时间，不易采用。检错码方案,让报文分组仅包含足以使接收端发现的冗余信息,但不能确定哪一位出错,而且自己本身不能纠正传输差错。简单、易实现、编解码快，广泛使用奇偶校验码循环冗余编码CRC差错检测与控制纠错码方案,让每个传输的报文分组带上足够的冗余31几种常用的检错码奇偶校验码；水平奇偶校验码；二维奇偶校验码群计数码恒比码几种常用的检错码奇偶校验码；32ITS中的通信技术智能交通系统ITS-intelligenttransportsystem最早在美国出现，60年代末随后日本和欧盟跟随。目前三大基地，美国、日本和欧盟日本提出智能交通系统的名称ITS中的通信技术智能交通系统ITS-intelligent33ITS的组成先进的交通信息系统ATIS，提供与交通有关的公共信息。先进的交通管理系统ATMS，对交通科学、合理、准确的管理与控制系统。例如ETC先进的车辆系统，是最复杂的子系统。无人驾驶、群控制先进的公共交通系统APTS，功能辅助管理商用车辆运营系统CVOS，货车、出租、公交车和紧急车辆与公共交通的关系研究ITS的组成先进的交通信息系统ATIS，提供与交通有关的公共34ITS中的信息向交通设施使用者发布的公共信息，气象、路况、阻塞、事故、车辆到达、售票信息。交通管理部门的内部信息收费信息交通监控信息车辆与管理部门之间的沟通信息ITS中的信息向交通设施使用者发布的公共信息，气象、路况、阻35主要通信技术无线电广播电缆微波移动通信光纤数字基带通信数字载波通信红外与超声波卫星主要通信技术无线电广播36专用短程通信标准DSRC地区ISOCEN美国日本中国标准化组织TC204TC278ASTM/IEEETC204TC204工作频率5.8G,915M5.8G5.8G,915M5.8G5.8G工作方式分别主、被被动同时主、被主动被动调制方式ASK,BPSKASKASK,BPSK通信协议HDLCTDMAHDLC编码方式FMO,NRZI曼彻斯特曼彻斯特FMO,NRZI传输速率上行500下行250500kbps1Mbps上行500下行250审批机构ISO成员国CEN成员国美、加FCC邮政省建设省无管会技术监督局专用短程通信标准DSRC地区ISOCEN美国日本中国标准化组37ITS中的技术感应线圈式通信系统光学式通信系统，条形码方式与车牌照识别方式微波式通信系统，通信频率915M，2.45G，5.8G声表面波式通信系统ITS中的技术感应线圈式通信系统38投入多一点，方法好一点，绩效自然高一点。11月-2211月-22Monday,November7,2022未来的成功属于质量领先者。00:16:5100:16:5100:1611/7/202212:16:51AM若要产品好，个人品质要提高。11月-2200:16:5100:16Nov-2207-Nov-22老毛病，要根治。小问题，要重视。00:16:5100:16:5100:16Monday,November7,2022管理基础打得牢安全大厦层层高。11月-2211月-2200:16:5100:16:51November7,2022宁愿事前检查，不可事后修改。2022年11月7日12:16上午11月-2211月-22搞好安全有责任，永为国家做贡献。07十一月202212:16:51上午00:16:5111月-22抓好产品质量，必须从我做起。十一月2212:16上午11月-2200:16November7,2022ISO9000--主客共享乐在其中。2022/11/70:16:5100:16:5107November2022安全第一，人人牢记。12:16:51上午12:16上午00:16:5111月-22确保质量安全。11月-2211月-2200:1600:16:5100:16:51Nov-22船到江心补漏迟，事故临头后悔晚。2022/11/70:16:51Monday,November7,2022安全在于心细，事故出自大意。11月-222022/11/70:16:5111月-22谢谢大家！投入多一点，方法好一点，绩效自然高一点。11月-2211月-39第二讲通信的基本概念参考书籍通信原理与通信技术主编张卫钢，西安电子科技大学出版社第二讲通信的基本概念参考书籍40概念和通信系统通信：就是信息的传递，“传递”就是信息传输的方式和过程。通信系统组成包括，硬件，软件和传输介质硬件包括，信源、信宿、传输介质、收信、发信设备概念和通信系统通信：就是信息的传递，“传递”就是信息传输的方41通信系统的分类按信号特征的分类传输模拟信号的系统称为模拟通信系统传输数字信号的系统称为数字通信系统两者之间的差别是在数字通信系统增加了信源编码和信道编码。信源编码是将模拟信号转换为数字信号的功能；信道编码是将信源编码的数字信号变成适合于信道传输的码型，以提高传输的有效性和可靠性。通信系统的分类按信号特征的分类42重新分类模拟通信，模拟通道传输模拟信号数字通信，接收和发送是模拟信号，而传输是以数字过程或方式，是以数字形式传输模拟信号数据通信，接收和发送是数字信号，而传输既可以是数字过程或方式，也可以是模拟过程或方式，主要指计算机之间的数据通信重新分类模拟通信，模拟通道传输模拟信号43数字通信的特点抗干扰能力强便于对信号加工与处理，计算机处理传输中出现的误码可以设法修正，提高传输质量数字信息易于加密，且保密性强能够传输话音、电视、数据等多种信息，增加通信的灵活性和通用性数字通信的特点抗干扰能力强44按传输介质分类有线无线按传输介质分类有线45按调制方式分类基带通信系统调制通信系统按调制方式分类基带通信系统46按通信业务分类电话通信电报通信广播通信电视通信数据通信按通信业务分类电话通信47按工作波段分类长波通信中波短波微波光通信按工作波段分类长波通信48通信方式按通信数量，分为点对点，一点对多点，多点对多点按传输方向与传输时间，单工，半双工，双工按通信终端的连接方式分为直通和交换方式按数字信号传输顺序，分串行和并行按同步不同，分异步和同步通信方式按通信数量，分为点对点，一点对多点，多点对多点49信道和传输介质信道，信号传输的途径，调制信道，是通过乘性干扰和加性干扰影响通信质量编码信道，是数字序列的变化干扰影响通信质量信道和传输介质信道，信号传输的途径，50传输介质有线介质，双绞线、同轴电缆、架空明线，多芯电缆，光纤无线介质，空间和大气传输介质有线介质，双绞线、同轴电缆、架空明线，多芯电缆，光纤51有线介质双绞线，屏蔽STP和非屏蔽UTP，传输距离几米到十几千米。第一类双绞线就是住宅常用的缠绕式电话线，只适用于语音传输。不适用高速数据传输第二类传输速率4Mb/s，可语音传输和数据传输第三类传输速率10Mb/s，局域网采用的最低档双绞线第四类传输速率16Mb/s，主要用于令牌环网第五类传输速率100Mb/s，用于光纤分布数据接口FDDI、快速以太网和ATM。超五类传输速率可155Mb/s有线介质双绞线，屏蔽STP和非屏蔽UTP，传输距离几米到十几52同轴电缆50Ώ的基带同轴电缆，75Ώ的宽带同轴电缆基带同轴电缆，一条基带同轴电缆只支持一个信道，传输带宽1－20MHZ，能够以10Mb/s的速率把基带数字信号传输1－1.2km。宽带同轴电缆，支持的带宽300－400MHZ，传输距离可达100km。用于综合服务宽带网的多路复用同轴电缆50Ώ的基带同轴电缆，75Ώ的宽带同轴电缆53光纤单模多模项目单模光纤多模光纤距离长短数据传输率高低光源激光发光二级管信号衰减小大端接较难较易造价高低光纤单模项目单模光纤多模光纤距离长短数据传输率高低光源激光发54无线介质无线电波光波，红外和激光对于无线电频率高低分为9个大波段传播方式无线介质无线电波55频段名称频率范围传输介质用途葚低频3－30k有线，长波音频，电话，导航，时标低频30－300k有线，长波导航，信标，电力通信中频300k-3M同轴电缆，中波调幅广播，移动通信高频3-30M同轴电缆，短波手机通信，军用定点葚高频30-300M同轴电缆，米波电视，导航，车辆通信特高频300M-3G波导，分米波电视，遥测，雷达超高频SHF3-30G波导，厘米波蓝牙技术，移动通信极高频EHF30G-300G波导，毫米波雷达，射电天文学紫外线，红外线，可见光10-5-光纤，激光空间传播光通讯频段名称频率范围传输介质用途葚低频3－30k有线，长波音频，56信号与噪声信号噪声，单频噪声，脉冲噪声，起伏噪声信号与噪声信号57信号频谱与信道通频带周期信号的频谱非周期信号的频谱信道通频带信号频谱与信道通频带周期信号的频谱58通信系统的性能评价有效性和可靠性对于模拟通信，用传输带宽来衡量有效性，用接收端的信噪比来评价可靠性。带宽由传输介质和信号的处理方式决定。对于数字通信，用信息传输速率（比特率）来衡量有效性，表示单位时间内传输的信息量；单位时间内传输的码元个数为码元传输速率，其单位为波特，称为波特率。波特率体现系统传输信号的能力。两者之间的关系由多进制决定。通信系统的性能评价有效性和可靠性59通信系统的性能评价可靠性由差错率来衡量，有两个内容误码率和误信率。误码率，错误的码元/传输的总码元数误信率，错误的比特数/传输的总比特数通信系统的性能评价可靠性由差错率来衡量，有两个内容误码率和误60网络的信息通信基础数据传输技术

二进制信号传输,以电压或电流方式有无来反映 信号传输：模拟信号传输和数字信号传输数据编码不归零制NRZ，无法区分一位的结束和另一位的开始曼彻斯特编码，用跳变或沿触发形式，容易实现发送方和接收方同步差分曼彻斯特编码，有跳变就是0，无跳变就是1，每位之间的跳变为同步之用网络的信息通信基础数据传输技术61用模拟信号表示数据幅移键控法ASK，载波的幅值随调制信号的变化而变化频移键控法FSK，载波的频率随调制信号的变化而变化相移键控法PSK，载波的相位随调制信号的变化而变化用模拟信号表示数据幅移键控法ASK，载波的幅值随调制信号的62数据传输速度数据传输速率，比特数在模拟线路传输数字信号，需要对数字信号调制，有三种方式，AM、FM和PM。每秒线路状态变化最大次数为调制频率，用波特率表示数据信号速率=调制速率*k，k为1次调制可能传送的位数数据传输速度数据传输速率，比特数63两台设备之间的数据传输异步同步面向字符的传输方案，以字符为单位，如BISYNC面向位的传输方案，以位为单位，如SDLC和HDLC两台设备之间的数据传输异步64多台设备的数据传输频分多路复用FDM，时分多路复用TDM统计时分多路复用STDM波分多路复用WDM,850,1310,1550多路复用器MUX多台设备的数据传输频分多路复用FDM，65信号的传输方式基带传输，就是在数字通信的信道上直接传输数据。目前局域网、控制网络采用此方式。载波传输，采用数字信号对载波进行调制后实行传输。宽带网。异步传输模式，ATM支持多媒体通信，包括数据、语音和视频信号，按需分配频带，速率达155Mbps-2.4Gbps,也有25Mbps和50Mbps的ATM，适用于局域网和广域网。信号的传输方式基带传输，就是在数字通信的信道上直接传输数据。66网络中计算机的数据交换方式线路交换方式，优点：通信实时性强，适用于交互式通信。缺点：不具备突发性通信、系统效率低、不具有存储数据的能力，不具备差错控制能力。存储转发交换方式，与线路交换方式的主要区别在于，按一定格式发送数据、目的地址、原地址和控制信息，组成报文和报文分组。通信控制处理器要完成接收数据、差错校验、存储、路选和转发功能。数据报方式，传输延时较大,适用于突发通信,不善于长报文,会话式通信虚电路方式,节点需要做差错检测,无需做路径选择,节点之间可建立多条虚电路连接.网络中计算机的数据交换方式线路交换方式，优点：通信实时性强，67交换方式的总结线路交换方式适合于高负荷的持续通信要求，尤其是会话式通信与语音、图像通信，不适合突发性通信报文交换方式适合于长报文、无实时要求的通信，不适合会话式通信；数据报方式适合于灵活的突发性短报文传输，不适合会话式和有实时性要求的通信；虚电路方式既适合于定时、定对象、长报文通信，也适合会话式通信和语音、动态图像和图形通信要求交换方式的总结线路交换方式适合于高负荷的持续通信要求，尤其是68网络互连设备中继器网桥路由器网关网络互连设备中继器69差错检测与控制纠错码方案,让每个传输的报文分组带上足够的冗余信息,以便在接收端发现并自动纠正传输错误。复杂、造价高、费时间，不易采用。检错码方案,让报文分组仅包含足以使接收端发现的冗余信息,但不能确定哪一位出错,而且自己本身不能纠正传输差错。简单、易实现、编解码快，广泛使用奇偶校验码循环冗余编码CRC差错检测与控制纠错码方案,让每个传输的报文分组带上足够的冗余70几种常用的检错码奇偶校验码；水平奇偶校验码；二维奇偶校验码群计数码恒比码几种常用的检错码奇偶校验码；71ITS中的通信技术智能交通系统ITS-intelligenttransportsystem最早在美国出现，60年代末随后日本和欧盟跟随。目前三大基地，美国、日本和欧盟日本提出智能交通系统的名称ITS中的通信技术智能交通系统ITS-intelligent72ITS的组成先进的交通信息系统ATIS，提供与交通有关的公共信息。先进的交通管理系统ATMS，对交通科学、合理、准确的管理与控制系统。例如ETC先进的车辆系统，是最复杂的子系统。无人驾驶、群控制先进的公共交通系统APTS，功能辅助管理商用车辆运营系统CVOS，货车、出租、公交车和紧急车辆与公共交通的关系研究ITS的组成先进的交通信息系统ATIS，提供与交通有关的公共73ITS中的信息向交通设施使用者发布的公共信息，气象、路况、阻塞、事故、车辆到达、售票信息。交通管理部门的内部信息收费信息交通监控信息车辆与管理部门之间的沟通信息ITS中的信息向交通设施使用者发布的公共信息，气象、路况、阻74主要通信技术无线电广播电缆微波移动通信光纤数字基带通信数字载波通信红外与超声波卫星主要通信技术无线电广播75专用短程通信标准DSRC地区ISOCEN美国日本中国标准化组织TC204TC278ASTM/IEEETC204TC204工作频率5.8G,915M5