第2章现场总线通信基础祥解.ppt

(3)信号（Signal）简单地讲就是携带信息的传输介质。在通信系统中我们常常使用的电信号、电磁信号、光信号、载波信号、脉冲信号、调制信号等术语就是指携带某种信息的具有不同形式或特性的传输介质。 数字通信系统的任务是传输数字信息，数字信息可能来自数据终端设备的原始数据信号，也可能来自模拟信号经数字化处理后的脉冲编码信号。 传输数字信息的方法是按传输波形来分类的。 1)基带方式 2)4B/5B编码 对于码型的选择，通常要考虑以下的因素： 对于传输频带低端受限的信道，线路传输码型的频谱中不应含有直流分量； 信号的抗噪声干扰能力强，产生误码时，在译码中产生的误码扩散或误码增值小； 便于从信号中提取位同步定时信息； 尽量减少基带信号频谱中高频分量，以节省传输频带，并减小串扰； 编译码的设备应尽量简单。 克服不归零制编码缺点的一种编码方案是曼彻斯特（Manchester）编码（见图3（b）），它是一种自同步编码方式，包括数据信息和时钟信息。 另一种曼彻斯特编码的变种叫做差分曼彻斯特编码（见图3（c）），它的编码规则是：若码元为1，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平一样；但若码元为0，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相反。不论码元是１或０，在每个码元的正中间时刻，一定要有一次电平的转换。差分曼彻斯特编码需要较复杂的技术，但可以获得较好的抗干扰性能。 在光纤分布式数据接口（FDDI，Fiber Distributed Data Interface）中采用了独特的4B/5B编码。这种编码的特点是将欲发送的数据流每４bit作为一个组，然后按照4B/5B编码规则将其转换成相应5bit码。 5bit码共有32种组合，但只采用其中的24种，16种对应4bit码的16种，8种用作控制码，以表示帧的开始和结束、光纤线路的状态（静止、空闲、暂停）等。标准4B/5B编码对照表见表2-1，用于100MbpsFDD1PMD的4B/5B编码控制码表见表2-2。 现用不归零编码画出4bit码和5bit码的对应波形，5bit码经差分编码后，转换成光信号，如图4所示。 同步就是接收端按发送端发送的每个码元的起止时间及重复频率来接收数据，并且要校准自己的时钟以便与发送端的发送取得一致，实现同步接收。 数据传输的同步方式一般分为位同步、字符同步，字符同步通常是识别每一个字符或一帧数据的开始和结束；位同步则识别每一位的开始和结束。 在异步通信中，发送端可以在任意时刻发送字符，字符之间的间隔时间可以任意变化。该方法是将字符看作一个独立的传送单元，在每个字符的前后各加入1～3位信息作为字符的开始和结束标志位，以便在每一个字符开始时接收端和发送端同步一次，从而在一串比特流中可以把每个字符识别出来。 通常情况下，并行通信用于距离较近的情况，串行通信用于距离较远的情况。在并行数据传输中，至少有8个数据位同时从一个设备传送到另一个设备，发送设备将8个数据位通过8条数据线传送给接收设备。接收设备在收到这些数据后，不需经过任何改变就可以直接使用。计算机内部的总线数据传送通常都是以并行方式进行传输的。在串行数据传输中，每次由源地传到目的地的数据只有一位，与同时传输好几位数据的并行传输相比，串行数据传输的传输速度要比并行传输慢，但在实际应用中往往选择串行数据传输，这是因为实现串行数据传输的硬件具有经济性和实用性。 双绞线 同轴电缆 光纤 表2-3是UTP电缆的常见类型，10BaseT局域网中主要使用3类和5类线，它们的有效传输距离一般在100m左右。另外还有超5类双绞线电缆，通过对其“信道”性能测试结果表明，与普通5类双绞线电缆比较，它的近端串扰、衰减和结构回波等主要性能指标都有很大提高。 双绞线的制作分为工作站至工作站和工作站至集线器两种：工作站至集线器的双绞线，其8芯线一一对应；工作站至工作站的双绞线，按照图5所示的连线制作。 典型的同轴电缆（Coaxial Cable）由一根内导体铜质芯线外加绝缘层、密集网状编织导电金属屏蔽层以及外包装保护塑橡材料组成，其结构如图6所示。 实际上，只要射到光纤表面的光线的入射角大于某一临界角度，就可以产生全反射，并且可以存在许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输，这种光纤就称为多模光纤（Multimode Fiber），如图7所示。 光缆的结构大致可分为缆芯（Cable Core）和保护层（Sheath）两大部分，图8为四芯光缆剖面的示意图。 基本概念 常用的差错控制编码 差错控制编码就是对网络中传输的数字信号进行抗干扰编码，目的是为了提高数字通信系统的容错性和可靠性，它在发送端被传输的信息码元序列中，