第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)教學(xué)目的與要求：掌握工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成，了解通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)，掌握數(shù)據(jù)編碼方法、數(shù)據(jù)傳輸方式、通信線路的工作方式、信號的傳輸模式，掌握對傳輸錯誤的檢測和校正方法。教學(xué)重點：掌握曼切斯特編碼和差分曼切斯特編碼的編碼規(guī)則及其波形教學(xué)難點：CRC循環(huán)冗余校驗的工作原理、海明碼的錯誤檢測與糾正第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

2.1基本術(shù)語數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成2.2通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)有效性指標(biāo)可靠性指標(biāo)通信信道的頻率特性介質(zhì)帶寬信道容量信噪比對信道容量的影響2.3數(shù)據(jù)編碼（重點）數(shù)字數(shù)據(jù)編碼模擬數(shù)據(jù)編碼2.4數(shù)據(jù)傳輸方式串行傳輸和并行傳輸同步傳輸與異步傳輸位同步、字符同步與幀同步2.5通信線路的工作方式單工通信半雙工通信全雙工通信2.6信號的傳輸方式基帶傳輸、載波傳輸與寬帶傳輸2.7傳輸差錯及其檢測（難點）2.8傳輸差錯的校正（難點）

總線與總線操作

總線(bus)

信號的公用傳輸線現(xiàn)場總線(filedbus)用于連接多個現(xiàn)場測量控制設(shè)備、在各現(xiàn)場設(shè)備之間傳遞信號的共享傳輸介質(zhì)總線段（bussegment）指總線和通過總線連接在一起的多個設(shè)備的組合，也被稱為現(xiàn)場總線系統(tǒng)的一個網(wǎng)段同一總線段上設(shè)備的連接與操作方式遵循同一種協(xié)議規(guī)范多個總線段可連接成現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)干線（trunk）為其他分支線路提供信號的通信主通道分支（spur）從干線連接到某些終端設(shè)備的支線電路?？偩€與總線操作

總線操作(busoperation)總線上數(shù)據(jù)發(fā)送者與接收者之間從連接數(shù)據(jù)傳送脫開這一操作序列稱為一次總線操作連接（connect）指在相同或不同設(shè)備內(nèi)，通信對象之間的邏輯綁定（binding）脫開(disconnect)指完成一次或多次總線操作后，發(fā)送者與接收者之間斷開連接關(guān)系，放棄對總線占有權(quán)的過程數(shù)據(jù)傳送(datatransmission)通信連接及隨后的報文發(fā)送與接收過程指跨越總線的數(shù)據(jù)讀寫操作過程總線與總線操作

沖突(Contention)

總線是多個設(shè)備之間信號傳輸?shù)墓猜窂?當(dāng)有一個以上設(shè)備企圖同時占用總線時引發(fā)的矛盾，被稱為沖突總線仲裁(busarbitration)總線仲裁指對總線沖突的處理過程，某一時刻只允許一個設(shè)備占用總線，等到它完成總線操作，釋放總線占有權(quán)后，才允許其他設(shè)備占用總線?？偩€仲裁用于根據(jù)某種規(guī)則確定下一個時刻具有總線占有權(quán)的設(shè)備總線仲裁有集中仲裁與分布式仲裁兩種總線與總線操作

集中仲裁(centralizedarbitration)仲裁過程由某個特定的單元完成。如果有兩個以上主設(shè)備同時請求使用總線時，由該特定的仲裁單元根據(jù)規(guī)定的仲裁方案實行仲裁。分布式仲裁(distributedarbitration)仲裁過程在各個主設(shè)備中自主完成按各主設(shè)備的優(yōu)先級實現(xiàn)仲裁，如遇多個設(shè)備同時請求使用總線，待仲裁結(jié)束時，有最高優(yōu)先級代碼的設(shè)備取得總線訪問權(quán)按網(wǎng)絡(luò)地址輪流占用總線，仲裁周期傳遞的仲裁代碼與某設(shè)備的地址相同，表明該設(shè)備在下一時刻獲得總線訪問權(quán)總線與總線操作

訪問等待時間(Accesslatency)總線設(shè)備為獲得總線占有權(quán)而等待仲裁的時間總線持有時間(busholdingtime)從獲得總線占有權(quán)到主設(shè)備脫開總線的時間間隔稱為總線持有時間、或總線占有期

總線與總線操作

語法(syntax)通信數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、格式及次序。如一個簡單的協(xié)議可以定義數(shù)據(jù)的前面8位（或16位）是發(fā)送者地址即源地址的二進制碼，接著的8位（或16位）是接收者地址即目的地址的二進制碼，后面緊跟著的是要傳送的指令或數(shù)據(jù)等語義(semanteme)指通信數(shù)據(jù)位流中每個部分的含義，收發(fā)雙方正是根據(jù)語義來理解所通信數(shù)據(jù)的意義。如該數(shù)據(jù)表明了現(xiàn)場某點的溫度測量值，該點溫度是否處于異常狀態(tài)，該溫度測量儀表本身的工作狀態(tài)是否正常等報文與協(xié)議時序安排(scheduling)時序安排包括：各節(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)送時間的先后次序；發(fā)送數(shù)據(jù)時占用通道的時間；數(shù)據(jù)的傳輸速率收發(fā)雙方往往需要以某種方式校對時鐘，并協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)處理的快慢由于傳輸遲延、路由路徑等原因，可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)次序錯亂的現(xiàn)象。這在某些控制系統(tǒng)、特別是裝置啟?？刂频倪^程中，不容許發(fā)生的現(xiàn)象報文與協(xié)議通信術(shù)語位時間（bittime）通信中傳輸1個數(shù)據(jù)位即1比特所需要的時間位時間也被稱為比特時間傳輸速率（Transmissionrate）單位時間內(nèi)傳送數(shù)據(jù)量的多少。傳輸速率是位時間的倒數(shù)常用單位是每秒傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù),也被稱為比特率。記作bit/s或bps工業(yè)數(shù)據(jù)通信中常用的數(shù)據(jù)傳輸速率為9600、31.25K、500K、1M、2.5M、10M以及100Mbps等通信術(shù)語波特（Baud）指信號的一個變化波形波特率（Baudrate）每秒傳輸信號波的個數(shù)稱為波特率單位為波特，記作Baud或B數(shù)據(jù)信號時鐘信號數(shù)據(jù)波形同步(synchronous)同步是串行數(shù)據(jù)通信中收發(fā)雙方對時鐘周期采取的一致性措施，是保證數(shù)據(jù)通信正確進行的重要措施。位同步(bitsynchronous)收發(fā)雙方在每個數(shù)據(jù)位保持時鐘周期的一致即同步。位同步要求接收端與發(fā)送端定時信號的頻率相同，并使數(shù)據(jù)信號與定時信號間保持固定的相位關(guān)系。接收端可以從接收信號中提取位同步信號通信術(shù)語字符同步(Characterorwordsynchronous)以字符作為一個獨立整體組織成組，在每組字符之前加上一個或多個同步字符的傳送方式。傳輸開始時用同步字符使收發(fā)雙方進入同步。接收端接收到同步字符，并根據(jù)它來確定字符的起始位置。計算機與其外設(shè)間的通信中通常采用字符同步幀同步(Framesynchronous)收發(fā)雙方以數(shù)據(jù)幀的起始標(biāo)志和幀尾結(jié)束標(biāo)志為特征實行同步的工作方式將數(shù)據(jù)幀作為一個整體，實行起止同步幀同步是現(xiàn)場總線系統(tǒng)通信中主要采用的同步方式通信術(shù)語傳輸時間（Transmissiontime）指數(shù)據(jù)從鏈路或網(wǎng)段的發(fā)送端傳送到接收端所需要的時間，也被稱為傳輸遲延包括：把數(shù)據(jù)從節(jié)點送上傳輸介質(zhì)所用的發(fā)送時間，發(fā)送時間等于數(shù)據(jù)塊長度與數(shù)據(jù)傳輸速率之比信號通過一定長度的介質(zhì)所需要的傳播時間，傳播時間等于信號途經(jīng)的信道長度與電磁波的傳輸速率之比途經(jīng)路由器交換機一類的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時所需要的排隊轉(zhuǎn)發(fā)時間，轉(zhuǎn)發(fā)時間則取決于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)處理能力和轉(zhuǎn)發(fā)時的排隊等待狀況通信術(shù)語吞吐量（throughput）表示系統(tǒng)單位時間內(nèi)收發(fā)的數(shù)據(jù)量，如數(shù)據(jù)位數(shù)、比特數(shù)、字節(jié)數(shù)、或幀數(shù)用于描述通信系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互能力。是通信系統(tǒng)有效性的指標(biāo)之一頻帶利用率單位頻帶內(nèi)所能實現(xiàn)的傳輸速度以每赫茲帶寬所能實現(xiàn)的比特率為單位：bit/s.Hz用于描述傳輸介質(zhì)有效性。通信系統(tǒng)的有效性不僅看比特率，還要看其占用帶寬的大小，因為傳輸系統(tǒng)的帶寬通常不同通信術(shù)語協(xié)議效率所傳數(shù)據(jù)包中的有效數(shù)據(jù)位與整個數(shù)據(jù)包長度的比值。一般是用百分比表示是衡量通信系統(tǒng)軟件有效性的指標(biāo)之一。協(xié)議效率越高，其通信有效性越好不同的通信協(xié)議通常具有不同的協(xié)議效率。協(xié)議效率可用作對通信幀中附加量的量度在通信參考模型的每個分層，都會有相應(yīng)的層管理和協(xié)議控制的加碼。從提高協(xié)議編碼效率的角度來看，減少層次可以提高編碼效率通信術(shù)語通信效率（CommunicationEfficiency）傳輸數(shù)據(jù)幀的時間與用于發(fā)送報文的所有時間之比。用于描述通信過程的有效性用于發(fā)送報文的所有時間包括傳輸時間，競用總線或等待令牌的排隊時間。通信效率為1，就意味著所有時間都有效地用于傳輸數(shù)據(jù)幀。通信效率為0，就意味著總線被報文的碰撞、沖突所充斥閑聊（jabber）指因通信設(shè)備故障，在傳輸介質(zhì)上連續(xù)不斷地傳輸與有用信息無關(guān)的信號。閑聊時的通信效率為0通信術(shù)語數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備傳輸介質(zhì)傳輸報文通信協(xié)議數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)實際上是一個硬軟件的結(jié)合體

數(shù)據(jù)通信是兩點或多點之間借助某種傳輸介質(zhì)進行信息交換的過程。工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)主要是與生產(chǎn)過程參數(shù)密切相關(guān)的數(shù)值、狀態(tài)、或操作指令等數(shù)據(jù)通信技術(shù)主要涉及通信協(xié)議、信號編碼、通信接口、時間同步、數(shù)據(jù)交換、通信控制與管理、安全等問題數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要負責(zé)將數(shù)據(jù)按編碼格式形成通信信號在兩點或多點之間傳輸，一般不改變數(shù)據(jù)內(nèi)容數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的

典型發(fā)送與接收設(shè)備各種變送器、傳感器、各種數(shù)據(jù)采集裝置可編程邏輯控制器PLC，PID控制器等作為監(jiān)視操作設(shè)備的監(jiān)控計算機或工作站各種調(diào)節(jié)閥門變頻器機器人網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備：中繼器、網(wǎng)橋、網(wǎng)關(guān)等上述設(shè)備既可為發(fā)送設(shè)備，又可為接收設(shè)備傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)是從發(fā)送設(shè)備到接收設(shè)備之間用于傳遞信號的媒介，是連接收發(fā)雙方的物理通路典型傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì)：雙絞線、電纜、電力線、光纜等；無線傳輸介質(zhì)：如電磁波、紅外線；傳輸介質(zhì)的特性對網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)通信質(zhì)量影響很大。物理特性：傳輸介質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)（銅纜、光纜）；傳輸特性：允許的傳輸速率、頻率、容量以及調(diào)制技術(shù)；連通特性：點對點；一對多點的連接方式；地理范圍：最大傳輸距離；抗干擾性：對噪聲、電磁干擾等的抵御能力報文與通信協(xié)議

報文與通信協(xié)議都屬于通信系統(tǒng)中的軟件報文指包含有文本、命令、參數(shù)值、圖片、聲音等數(shù)字信息的通信幀通信協(xié)議是通信系統(tǒng)中理解通信數(shù)據(jù)意義和控制數(shù)據(jù)通信的一組規(guī)則規(guī)定通信內(nèi)容的含義規(guī)定通信何時進行規(guī)定通信如何進行按協(xié)議規(guī)定的語法、語義和時序進行通信幀的組織和調(diào)度。通信協(xié)議可上升為標(biāo)準(zhǔn)或行規(guī)如國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的ISO標(biāo)準(zhǔn)，IEC標(biāo)準(zhǔn)等

廣義通信系統(tǒng)模型香農(nóng)（C.E.Shannon）信源為待傳輸數(shù)據(jù)的產(chǎn)生者；信宿為數(shù)據(jù)的使用者（用戶）發(fā)送器將數(shù)據(jù)信息變換為適合于信道上傳輸?shù)男盘柦邮掌鲝男诺郎辖邮招盘柌⒃谛潘尢幾儞Q為數(shù)據(jù)信息信道指發(fā)送器與接收器之間用于傳輸信號的物理介質(zhì)噪聲：通信中干擾信號傳輸、妨礙信號正確接收和理解的因素

2.2通信系統(tǒng)性能的指標(biāo)通信系統(tǒng)有效性指標(biāo)：傳輸速率傳輸時間吞吐量頻帶利用率協(xié)議效率通信效率通信系統(tǒng)可靠性指標(biāo)誤碼率2.2.2可靠性指標(biāo)誤碼率誤碼率是衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)。它是指二進制碼元在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率N為傳輸?shù)亩M制碼元總數(shù)，Ne為被傳輸錯的碼元數(shù)理論上應(yīng)有Ｎ→∞。N足夠大時，才能把Pe近似為誤碼率。誤碼率是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的參數(shù)。實際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，不能籠統(tǒng)地說誤碼率越低越好，在數(shù)據(jù)傳輸速率確定后，誤碼率越低，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)備越復(fù)雜，造價越高。計算機通信的平均誤碼率要求低于10-9

2.2.3通信信道的頻率特性不同頻率的信號通過信道時，其波形的幅值、相位的變化特性幅頻特性指不同頻率信號通過信道后其幅值衰減的變化特性。相頻特性是指不同頻率的信號通過信道后，其相角發(fā)生不同程度改變的特性。數(shù)字信號的頻譜與帶寬數(shù)字信號的頻譜與帶寬數(shù)字信號可以被分解成無窮多個頻率、幅度、相位各不相同的正弦波。傳輸數(shù)字信號相當(dāng)于是在傳送無數(shù)多個簡單的正弦信號。信號所含頻率分量的集合稱為頻譜。頻譜所占的頻率寬度稱之為帶寬。有效頻譜與帶寬以一定的幅度門限為依據(jù)，信號中幅度超過規(guī)定門限的頻譜為該信號的有效頻譜。有效頻譜的頻帶寬度稱之為有效帶寬。數(shù)字信號的頻譜與帶寬

數(shù)字信號數(shù)字信號的頻譜與帶寬實際頻譜有效頻譜理論上矩形波信號具有的頻譜為無窮大，如右上圖所示。

介質(zhì)所能傳輸?shù)男盘栴l率范圍稱為介質(zhì)帶寬介質(zhì)只能傳輸有效帶寬在介質(zhì)帶寬范圍內(nèi)的信號如果介質(zhì)帶寬小于信號的有效帶寬，信號就可能產(chǎn)生失真如果信號頻譜在信道帶寬范圍內(nèi)，信號經(jīng)傳輸后不失真如果信號頻譜超過信道帶寬，則信號經(jīng)實際信道傳輸后其波形可能產(chǎn)生畸變，信號波形失真。傳輸介質(zhì)的頻率特性實際傳輸線路存在電阻、電感、電容，由它們組成分布參數(shù)系統(tǒng)。由于電感、電容的阻抗隨頻率而變，使得信號的各次諧波的幅值衰減不同，相角變化不同。實際傳輸介質(zhì)只能傳輸某些頻率范圍內(nèi)的信號。部分頻率分量在傳輸過程中被嚴重衰減，導(dǎo)致接收端信號的帶寬變窄，接收信號發(fā)生畸變。介質(zhì)帶寬介質(zhì)帶寬不足會導(dǎo)致信號畸變圖2.4介質(zhì)帶寬與信號畸變介質(zhì)帶寬限制傳輸速率的提高當(dāng)傳輸速率升高時，信號的有效帶寬會隨之增加提高信號的傳輸速率，要求傳輸介質(zhì)具有更大的介質(zhì)帶寬，以避免信號畸變提高傳輸速率，受到傳輸介質(zhì)帶寬的限制

傳輸速率提高時信號有效帶寬的變化信道容量信道容量C的香農(nóng)計算公式W:信道帶寬S/N:信噪比提高帶寬或信噪比能增加信道容量；在信道容量一定時，帶寬與信噪比之間可以相互彌補。

指信道在單位時間內(nèi)可能傳送的最大比特數(shù)

信噪比對信道容量的影響S/N=10db，W=3000時S/N=20db，W=3000時信道容量隨信噪比的提高增加了許多由于噪聲功率N=Wn0(n0為噪聲的單邊功率譜密度)，因而隨著帶寬W的增大，噪聲功率N也會增大。所以增加帶寬W并不能無限制地使信道容量增大。數(shù)據(jù)的傳輸速率應(yīng)該在信道容量容許的范圍之內(nèi)考慮到噪聲環(huán)境

2.3數(shù)據(jù)編碼

指通信系統(tǒng)中以何種物理信號的形式來表達數(shù)據(jù)采用模擬信號的不同幅度、不同頻率、不同相位來表達數(shù)據(jù)的0、1狀態(tài)的，稱為模擬數(shù)據(jù)編碼。用高低電平的矩形脈沖信號來表達數(shù)據(jù)的0、1狀態(tài)的，稱為數(shù)字數(shù)據(jù)編碼。通過編碼將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合于傳輸?shù)奈锢硇盘枺纬删幋a波形。2.3.1模擬數(shù)據(jù)編碼

模擬數(shù)據(jù)編碼采用模擬信號來表達數(shù)據(jù)的0、1狀態(tài)。信號的幅度、頻率、相位是描述模擬信號的參數(shù)，通過改變這三個參數(shù)來實現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)編碼。幅值鍵控(ASKAmplitude-SheftKeying)又稱鍵控調(diào)幅頻移鍵控(FSKFrequency-SheftKeying)又稱鍵控調(diào)頻相移鍵控(PSKPhase-SheftKeying)又稱鍵控調(diào)相

幾種模擬數(shù)據(jù)編碼的波形2.3.2數(shù)字數(shù)據(jù)編碼波形根據(jù)信號的極性，信息傳輸分為單極性傳輸和雙極性傳輸根據(jù)對零電平的關(guān)系，信息傳輸可以分為歸零傳輸和不歸零傳輸信息傳輸有平衡傳輸和非平衡傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)編碼波形單極性碼信號電平是單極性如邏輯1用高電平，邏輯0為0電平的信號表達方式。雙極性碼信號電平為正、負兩種極性如邏輯1用正電平，邏輯0為負電平的信號表達方式歸零碼(RZ)在每一位二進制信息傳輸之后均返回零電平的編碼雙極性歸零碼的邏輯1只在該碼元時間中的某段(如碼元時間的一半)維持高電平后就回復(fù)到零電平，邏輯0只在該碼元時間的一半維持負電平后也回復(fù)到零電平非歸零碼(NRZ)在整個碼元時間內(nèi)都維持有效電平的編碼方式單、雙極性的歸零碼和非歸零碼

a.單極性非歸零碼c.雙極性非歸零碼

b.單極性歸零碼d.雙極性歸零碼根據(jù)信息傳輸方式可分為平衡傳輸和非平衡傳輸平衡傳輸無論“0”或“1”

都需要傳輸脈沖信號；非平衡傳輸只有“1”被傳輸在指定的時刻沒有脈沖傳輸則表示“0”

差分碼用時鐘周期起點電平的變化與否代表數(shù)據(jù)“1”、“0”狀態(tài)的編碼時鐘周期起點電平變化代表“1”，不變化代表“0”。差分碼按初始狀態(tài)為高電平或低電平，有相位截然相反兩種波形。起始信號為低電平起始信號為高電平a)平衡、歸零、雙極性b)平衡、歸零、單極性c)平衡、不歸零、單極性d)非平衡、歸零、雙極性e)非平衡、歸零、單極性f)非平衡、不歸零、單極性幾種基帶傳輸方式的編碼波形曼徹斯特編碼

（ManchesterEncoding）曼徹斯特編碼規(guī)則把時間劃分為等間隔的小段其中每小段代表一個比特(位bit)每個比特時間又被分為兩半，前半段所傳信號是該時間段比特值的反碼，后半段傳送的是該比特值本身。從高電平跳變到低電平表示0，從低電平跳變到高電平表示1。特點：其波形中間點總有一次信號電平的變化，因而具有使網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點保持時鐘同步的內(nèi)在時鐘信息信號本身攜帶有同步信息。無需另外傳送同步信號。曼徹斯特編碼

（ManchesterEncoding）曼徹斯特編碼的相關(guān)波形數(shù)據(jù)時鐘M編碼

差分曼徹斯特編碼時鐘周期起點電平的變化與否代表數(shù)據(jù)的“1”

、“0”

狀態(tài)（時鐘周期起點電平變化為“0”，不變?yōu)椤?”）波形中間點總有一次信號電平的變化既具有差分碼的特點，又具有曼徹斯特編碼的特點

畫出二進制數(shù)據(jù)01101011的數(shù)據(jù)波形、時鐘波形、Manchester編碼波形和差分Manchester編碼波形，設(shè)信號初始狀態(tài)為高電平。思考：如果信號初始狀態(tài)為低電平，編碼波形是否與上假設(shè)相同？

完成作業(yè)第1~5題。課堂作業(yè)2.4數(shù)據(jù)傳輸方式是指數(shù)據(jù)代碼的傳輸順序和數(shù)據(jù)信號傳輸時的同步方式傳輸順序串行傳輸和并行傳輸同步方式

同步傳輸與異步傳輸2.4.1串行傳輸和并行傳輸串行傳輸（SerialTransmission）數(shù)據(jù)流以串行方式逐位地在一條信道上傳輸每次只能發(fā)送一個數(shù)據(jù)位發(fā)送方必須確定是先發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)的高位還是低位。同樣，接收方也必須知道所收到字節(jié)的第一個數(shù)據(jù)位應(yīng)該處于什么位置串行傳輸具有易于實現(xiàn)，在長距離連接中可靠性高等優(yōu)點。適合遠距離的數(shù)據(jù)通信

并行傳輸（ParallelTransmission）數(shù)據(jù)以成組的方式在兩條以上的并行通道上同時傳輸可同時傳輸一組數(shù)據(jù)位，每個數(shù)據(jù)位使用單獨的一條導(dǎo)線如用8條導(dǎo)線并行傳輸一個字節(jié)的8個數(shù)據(jù)位，另外用一條“選通”線通知接收者接收該字節(jié)，接收方可對并行通道上各條導(dǎo)線的數(shù)據(jù)位信號并行取樣采用并行傳輸傳輸字符時，便于收發(fā)雙方的字符同步

串行傳輸中將數(shù)據(jù)按規(guī)定的順序逐位傳輸；并行傳輸將數(shù)據(jù)組成字符或字節(jié)后同組傳輸?shù)湫蛻?yīng)用：計算機的串口與并口2.4.2同步傳輸與異步傳輸同步傳輸與異步傳輸（針對串行傳輸）指通信處理中使用的時鐘同步的不同方式。傳輸中的同步問題通信系統(tǒng)要求收發(fā)雙方的工作能協(xié)調(diào)一致各項工作均在一定時序脈沖的控制下進行通信中的發(fā)送者和接收者都需要使用時鐘信號，通過時鐘決定何時發(fā)送和讀取每一位數(shù)據(jù)。時鐘同步是收發(fā)雙方協(xié)調(diào)一致工作的基礎(chǔ)

同步傳輸指通信系統(tǒng)中所有設(shè)備都使用一個共同時鐘，所有數(shù)據(jù)位的傳輸都和這個時鐘信號同步時鐘源可由參與通信的一臺設(shè)備產(chǎn)生，也可由外部時鐘提供的時鐘可具有固定頻率，也可按不規(guī)則的周期切換每個數(shù)據(jù)位只在時鐘信號跳變（上升或者下降沿）之后的一個規(guī)定的時間內(nèi)有效。收發(fā)雙方利用時鐘跳變來決定什么時刻發(fā)送或讀取每一個數(shù)據(jù)位同步傳輸用于：一塊電路板元器件之間傳送數(shù)據(jù)短距離數(shù)據(jù)通信，如連接電纜在30～40cm甚至更短同步傳輸適合高速傳輸需要一條專線傳輸時鐘信號長距離數(shù)據(jù)通訊時同步傳輸?shù)拇鷥r較高，容易受到噪聲的干擾

異步傳輸每個通信設(shè)備都有自己的時鐘信號通信設(shè)備之間必須在時鐘頻率上保持一致，所有時鐘之間的誤差必須保持在一定范圍傳輸開始時要求同步各設(shè)備的時鐘異步傳輸并不要求收發(fā)兩端在傳送每一個數(shù)據(jù)位時都同步例如在傳輸字符前設(shè)置一個起始位，預(yù)告?zhèn)鬏敿磳㈤_始，在代碼和校驗信號結(jié)束后，設(shè)置終止位，表示該字符結(jié)束在傳輸數(shù)據(jù)幀的開頭和結(jié)尾設(shè)置起始、結(jié)束標(biāo)志（或字節(jié)）在起始和結(jié)束標(biāo)志之間，包含要傳送的字符、數(shù)據(jù)、指令異步傳輸?shù)奶攸c易于實現(xiàn)對線路和收發(fā)器的要求較低需要額外傳輸一個或多個同步字符或幀頭而增加網(wǎng)絡(luò)開銷

異步傳輸中時鐘信號的同步方式異步傳輸中各設(shè)備之間的時鐘同步對通信至關(guān)重要按傳輸數(shù)據(jù)的基本組織單位，分為位同步、字符同步與幀同步時鐘信號滿足：接收端與發(fā)送端時鐘信號的頻率相同時鐘信號與數(shù)據(jù)信號間保持固定的相位關(guān)系

位同步(bitsynchronous)收發(fā)兩端按數(shù)據(jù)位保持同步接收端從接收信號中提取時鐘同步信號

字符同步(Characterorwordsynchronous)將字符組織成組后連續(xù)傳送每個字符內(nèi)不加附加位，字符前加一個或多個同步位接收端根據(jù)接收到的同步字符來確定字符的起始位置字符同步用于電報傳輸、計算機與其外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸中，它們通常以字符為單位收發(fā)

幀同步(Framesynchronous)數(shù)據(jù)幀是一種按協(xié)議約定將數(shù)據(jù)信息組織成組的結(jié)構(gòu)形式幀同步指收發(fā)雙方按幀頭幀尾的特征標(biāo)志實行同步將數(shù)據(jù)幀作為一個整體實行同步幀同步是工業(yè)數(shù)據(jù)通信中通常采用的同步方式幀頭(起始標(biāo)志)控制域數(shù)據(jù)域校驗域幀尾(結(jié)束標(biāo)志)

數(shù)據(jù)幀的構(gòu)成

2.5通信線路的工作方式

單工通信信息傳送始終朝著一個方向，不進行反向傳送發(fā)送端與接收端不變換角色，如設(shè)A為發(fā)送端，B為接收端，數(shù)據(jù)只能從A傳送至B，而不能由B傳送至A。單工通信線路一般采用二線制全雙工通信信息傳輸可同時在兩個方向進行相當(dāng)于兩個相反方向的單工通信的組合常用于計算機-計算機之間的通信

通信線路的工作方式

半雙工通信指信息傳輸可在兩個方向上進行，但同一時刻只限于一個方向傳輸。通信雙方都具有發(fā)送器和接收器，雙方可變換通信角色當(dāng)A站向B站發(fā)送信息時，A站將發(fā)送器連接在信道上，B站將接收器連接在信道上。當(dāng)B站向A站發(fā)送信息時，B站則要將接收器從信道上斷開，并把發(fā)送器接入信道；A站則反之。半雙工通信采用二線制線路，信道可改換傳輸方向，在現(xiàn)場總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信中常用

通信線路的工作方式

2.6信號的傳輸模式基帶傳輸在基本不改變數(shù)據(jù)信號頻率的情況下，直接傳送數(shù)據(jù)的基帶信號，即基本按數(shù)據(jù)基波的原樣傳輸。傳輸過程對信號不采用調(diào)制（頻率變換）措施基帶傳輸可以達到較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，是目前廣泛應(yīng)用的數(shù)據(jù)通信方式信號的傳輸模式載波傳輸發(fā)送設(shè)備要產(chǎn)生某個頻率的信號作為載波來承載數(shù)據(jù)信號按幅值鍵控，頻移鍵控、相移鍵控等不同調(diào)制方式改變載波信號的幅值、頻率、相位，形成承載了數(shù)據(jù)的調(diào)制信號發(fā)送承載了數(shù)據(jù)的載波信號，即載波傳輸載波傳輸中傳輸?shù)恼{(diào)制信號與數(shù)據(jù)基波的差別較大

寬帶傳輸

由于基帶網(wǎng)不適于傳輸語言、圖像等信息，隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)、文字、語音、圖像等多種信號的任務(wù)愈來愈重，因此提出了寬帶傳輸?shù)囊?。指在同一介質(zhì)上可傳輸多個頻帶的信息。寬帶傳輸與基帶傳輸?shù)闹饕獏^(qū)別:一是數(shù)據(jù)傳輸速率不同，基帶網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率范圍為幾十到幾百Mb/s，寬帶網(wǎng)可達Gb/s；二是寬帶網(wǎng)可劃分為多條基帶信道，能提供良好的通信路徑。2.7傳輸差錯及其檢測差錯控制指為提高通信傳輸質(zhì)量而提出的有效檢測錯誤并進行糾正的方法差錯控制的主要目的是減少通信傳輸錯誤。差錯檢測使報文中包含差錯冗余信息，接收端通過檢查冗余信息發(fā)現(xiàn)通信錯誤（只判斷是否出錯）不判斷是哪一位出錯，也不糾正傳輸中的差錯差錯檢測原理簡單，實現(xiàn)容易，編碼與解碼速度快在工業(yè)數(shù)據(jù)通信中得到廣泛使用。

差錯糾正使報文中帶有足夠的冗余信息，以便接收端能發(fā)現(xiàn)并自動糾正傳輸錯誤。差錯糾正在功能上優(yōu)于差錯檢測，但實現(xiàn)復(fù)雜，造價高。

差錯類型按照發(fā)生差錯的數(shù)據(jù)位個數(shù)及其分布分為：單比特錯誤

只有1個數(shù)據(jù)位出錯多比特錯誤有1個以上不連續(xù)的數(shù)據(jù)位出錯突發(fā)錯誤有2個或2個以上連續(xù)的數(shù)據(jù)位出錯

檢錯方法

檢錯僅識別錯誤的出現(xiàn)，不判別哪一位或哪些位出現(xiàn)了錯誤常用檢錯方法冗余回送奇偶校驗求和校驗循環(huán)冗余校驗CRC

冗余如對每個字符都傳輸兩次。如果沒有能夠連續(xù)兩次收到相同的字符，就意味著發(fā)生了一個傳輸錯誤。

回送將接收到的信號回送給發(fā)送者如在操作人員手工鍵盤輸入的應(yīng)用場合，接收端把收到的每一個字符都回送給操作人員，讓操作人員來確認字符是否被正確輸入。如果通過回送發(fā)現(xiàn)了傳輸錯誤則重傳。

奇偶校驗在每個字符或字節(jié)中添加奇偶校驗位，使得一個字符或字節(jié)中1的總個數(shù)總是奇數(shù)，為奇校驗添加奇偶校驗位，使得一個字符或字節(jié)中1的總個數(shù)總是偶數(shù)，為偶校驗奇偶校驗應(yīng)用簡單，但可能漏掉大量錯誤

求和校驗在發(fā)送端對傳輸數(shù)據(jù)求和，將校驗和附在數(shù)據(jù)之后一并發(fā)送；接收端也對收到的數(shù)據(jù)求和，如果求得的校驗與接收到校驗和有差異，就判斷通信出錯求和校驗?zāi)軝z測出95％的錯誤計算量大于奇偶校驗方法

循環(huán)冗余校驗CRC（CyclicRedundancyCode）按照要發(fā)送數(shù)據(jù)的位序列形成一個多項式ｆ(x)，ｆ(x)的各項系數(shù)為數(shù)據(jù)序列的0、1狀態(tài)用預(yù)先約定的生成多項式G(x)去除ｆ(x)，求得一個余數(shù)多項式R（x）將余數(shù)多項式R（x）加到數(shù)據(jù)多項式之后發(fā)送接收端用同樣的生成多項式G(x)去除接收數(shù)據(jù)多項式ｆ'(x)，得到計算余數(shù)多項式R'(x)如果計算余數(shù)多項式與接收余數(shù)多項式相同，則表示傳輸無差錯；如果計算余數(shù)多項式不等于接收余數(shù)多項式，則表示傳輸有差錯CRC的計算規(guī)則：采用減法不借位，加法不進位的異或操作CRC能檢測出約99.95%的錯誤檢錯能力強，容易實現(xiàn)，應(yīng)用最廣泛與前幾種方法相比，其計算量大幾種生成多項式G(x)CRC-12G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16G(x)=x16+x15+x2+1CRC-CCITTG(x)=x16+x12+x5+1CRC-32G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1

2.8傳輸差錯的校正

兩種最常用的差錯校正方法：

自動重傳

前向差錯糾正當(dāng)系統(tǒng)檢測到一個錯誤時，接收端自動請求發(fā)送方重新發(fā)送傳輸該數(shù)據(jù)幀，用重新傳輸過來的數(shù)據(jù)替代出錯的數(shù)據(jù)，這種差錯校正方法稱為自動重傳。停止等待方式：需等待應(yīng)答幀連續(xù)方式：拉回方式與選擇重發(fā)方式特點：技術(shù)簡單，但確認、重發(fā)過程可能造成通信障礙。自動重傳前向差錯糾正在接收端檢測和糾正差錯，無需請求重發(fā)將一些額外的位按照某種方式進行編碼，加入到通信數(shù)據(jù)中。根據(jù)這些位的狀態(tài)可檢測到一定數(shù)量的錯誤并進行糾正。增加這些額外的位增加了通信開支，同時也增加了計算量海明碼（R.W.Hamming）常用于前向差錯糾正

海明碼糾錯

海明碼的編碼規(guī)則發(fā)送端根據(jù)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元的長度，確定冗余位的個數(shù)；確定各冗余位在數(shù)據(jù)單元中的位置；計算出各冗余位的值排列成包含冗余校驗位的數(shù)據(jù)序列，按此序列發(fā)送接收端按與發(fā)送方相同的方法和相同的位串組合，計算出新的校驗位，排列成冗余位串按冗余位串的數(shù)值，確定傳輸過程是否出錯；如果出錯，是哪一位出錯，并將出錯位取反，以糾正該位錯誤。

確定糾正單比特錯誤所需的冗余位數(shù)設(shè)糾正單比特錯誤需增加的冗余位數(shù)為r，r應(yīng)滿足：

2r≥m+r+1；m為數(shù)據(jù)單元的長度如7位的ASCII碼，m為7，取r為4可滿足上式；且r為4是滿足上式的最小取值要糾正7位ASCII碼中的1位錯誤，需要增加4個冗余位

冗余位的定位

將4個冗余位分別編號為R1,R2,R3,R4按海明碼的編碼規(guī)則，這4個冗余位應(yīng)分別插到數(shù)據(jù)單元的20,21,22,23位置上，即R1,R2,R3,R4將被分別插入到數(shù)據(jù)單元的D1，D2，D4，D8的位置上。各冗余比特位在11位海明碼中的位置

各冗余位取值的計算

海明碼的每個冗余位的值都是一組數(shù)據(jù)的奇偶校驗位。冗余位R1,R2,R3,R4分別是4組不同數(shù)據(jù)位的奇偶校驗位。采用二進制數(shù)據(jù)來表示海明碼11個數(shù)據(jù)位數(shù)有0001；0010；0011；0100；0101；0110；0111；1000；1001；1010，1011這11種情況。對這11種情況中位數(shù)最低位為1的位置進行偶校驗，即對0001；0011；0101；0111；1001，1011這6個數(shù)據(jù)位做偶校驗，得到的偶校驗碼為R1的值。即R1為對從低位數(shù)起的第1、3、5、7、9、11這6位作偶校驗而得到的校驗位。對這11種情況中位數(shù)的次低位為1、即倒數(shù)第2位為1的位進行偶校驗。即對0010；0011；0110；0111；01010；1011（第2、3、6、7、10、11）這6個數(shù)據(jù)位做偶校驗，得到的偶校驗校驗位的值為R

2的值。依此類推對這11種情況中倒數(shù)第3位為1（0100；0101；0110；0111）的位置，即第4、5、6、7這4位做偶校驗，得到的偶校驗碼為R

3的值。R4是對倒數(shù)第4位為1的位置，即第8、9、10、11（1000；1001；1010；1011）這4位作偶校驗得到的校驗位的值為R4的值。例1：數(shù)據(jù)1001101變成海明碼的編碼過程由數(shù)據(jù)1001101得到的海明碼為10011100101

海明碼對1位出錯的檢測與糾正

例2：上例中形成的10011100101海明碼如經(jīng)傳輸出現(xiàn)1位錯誤，如何檢測與糾正？如第7位出錯，由原本的1變?yōu)?，使接收方收到數(shù)據(jù)為：100101