工业网络组态技术-项目二 工业控制网络通信基础

目录Contents12.1通信概述22.2信号与编码32.3信道目录Contents42.4通信系统性能指标和通信方式52.5数据交换技术62.6同步技术与差错控制技术2.1通信概述012.1.1通信的概念及发展2.1.2通信系统2.1.1通信的概念及发展一、通信的概念广义通信的概念信息的传递通：交流，交通，通过信：信息信息的交流，传递

有一些专门的通信形式，专门信息的传递。

比如，烽火台，飞鸽传书，公文传递等。2.1.1通信的概念及发展二、近现代通信的发展

近代，工业革命引发了社会科学技术的发展，通信技术的发展也得到了很大的进步。

根据各种通信技术在通信发展史上的地位、作用以及对人类社会的影响，我们对过去的100多年通信技术的发展历史进行了概括性的总结，认为有10项重大通信技术值得人们纪念。(1)摩尔斯发明有线电报。有线电报开创了人类信息交流的新纪元。(2)马克尼发明无线电报。无线电报为人类通信技术开辟了一个崭新的领域。

(3)载波通信。载波通信的出现，改变了一条线路只能传送一路电话的局面，使一个物理介质上传送多路音频电话信号成为可能。(4)电视。电视极大地改变了人们的生活，使传输和交流信息从单一的声音发展到实时图像(5)电子计算机。计算机被公认为是20世纪最伟大的发明，它加快了各类科学技术的发展进程。(6)集成电路。集成电路为各种电子设备提供了高速、微小、功能强大的“心”，使人类的信息传输能力和信息处理能力达到了一个新的高度。(7)光纤通信。光导纤维的发明，使人们寻求到一种真正能够承担起构筑未来信息化基础设施传输平台重任的通信介质。(8)卫星通信。卫星通信将人类带入了太空通信时代。(9)蜂窝移动通信。蜂窝移动通信为人们提供了一种前所未有、方便快捷的通信手段。(10)因特网。因特网的出现意味着信息时代的到来，使地球变成了一个没有距离的小村落-“地球村”。三、现代通信的定义现代通信特指利用各种电信号和光信号作为通信信号的电通信与光通信。作为一门科学、一种技术，现代通信所研究的主要问题概括地说就是如何把信息大量地、快速地、准确地、广泛地、方便地、经济地、安全地从信源通过传输介质传送到信宿。2.1.2通信系统一、通信系统的一般模型模拟通信系统、数字通信系统、数据通信系统信源发送变换器信道接收变换器信宿噪声信息信号信号信息2.1.2通信系统二、模拟通信系统2.1.2通信系统三、数字通信系统数字信号在传输过程中出现的错误（差错），可通过纠错编码技术来控制。（2）差错可控数字信号与模拟信号相比，容易加密和解密。因此，数字通信保密性好。（3）易加密数字通信优点（1）抗干扰、抗噪声性能好（4）数字通信设备和模拟通信设备相比，设计和制造更容易，体积更小，重量更轻。（5）数字信号可以通过信源编码进行压缩，以减少冗余度，提高信道利用率。（6）易于与现代技术相结合。2.1.2通信系统三、数据通信系统2.2信号与编码022.2.1信号的相关概念2.2.2信号的分类2.2.3模数转换2.2.4信息编码技术2.2.5数据编码技术2.2.6数据传输方式2.2.7信号传输模式2.2.1信号的相关概念一、信息的定义信息不能等同于情报（Intelligence）情报往往是军事学、文献学方面的习惯用词，它的含义比“信息”窄得多，一般只限于特殊的领域，它只是一类特定的信息。“情报”是人们对于某个特定对象所见、所闻、所理解而产生的知识。（情报学中的定义）。信息不能等同于知识（Knowledge）知识是人们根据某种目的，从自然界收集得来的数据中整理、概括提取得到有价值的、人们所需的信息；是一种具有普遍和概况性质的高层次的信息。知识是以实践为基础，通过抽象思维对客观事物规律性的概括。知识是信息，但不等于信息的全体。广义信息：是指与客观事物相联系，反应客观事物的运动状态，通过一定的物质载体被发出、传递和感受，对接受对象的思维产生影响并用来知道接受对象行为的一种描述。作为技术术语中的信息，在通过技术的手段和方式上可收集、识别、提取、变换、存贮、传递、处理、检索、检测、分析和利用的对象，更多的是信息的表达形式。2.2.1信号的相关概念二、信息、消息、信号之间的关系用文字、符号、数据、语言、音符、图片、图像等能够被人们感觉器官所感知性质的，把客观物质运动和主题思维活动的状态表达出来就成为了消息。信息是内在，消息是表现形式信息表现成消息后，通过信号传递出去，这个过程中，信号承载了消息。所以信号是载体，消息是需要传递的内容。是消息传输的物理形式（如声波、光波、电信号、机械信号等；）现代通信研究的一般指电信号、光信号。2.2.1信号的相关概念三、信息的度量首先消除多少不确定性，就得到多少信息；而对数学而言，不确定性就是随机性，不确定的事件就是随机事件，可以用数学工具，概率论和随机过后来度量不确定性的大小。简单的说：不确定性的大小可以直观地看成是事先猜测某随机事件是否发生的难易程度。上式中对数的底：若a=2，信息量的单位称为比特(bit)，可简记为b

若a=e，信息量的单位称为奈特(nat)，若a=10，信息量的单位称为哈特莱(Hartley)。通常广泛使用的单位为比特，这时有2.2.2信号的分类信号我们并不陌生，如刚才铃声—声信号，表示该上课了；十字路口的红绿灯—光信号，指挥交通；电视机天线接受的电视信息—电信号；广告牌上的文字、图象信号等等。信号:为了有效地传播和利用信息，常常需要将信息转换成便于传输和处理的信号。信号是消息的表现形式。消息是信号的具体内容。广义讲，一切运动或状态的变化都可以用数学抽象的方式表现为信号。记为f(t),f(x,y,z,)或f(x,y,z,t)，也就是时间,空间的函数，有一维或多维之分。信号是信息的载体。通过信号传递信息。2.2.2信号的分类一、确定信号和随机信号可以用确定时间函数表示的信号，称为确定信号或规则信号。如正弦信号。若信号不能用确切的函数描述，它在任意时刻的取值都具有不确定性，只可能知道它的统计特性，如在某时刻取某一数值的概率，这类信号称为随机信号或不确定信号。电子系统中的起伏热噪声、雷电干扰信号就是两种典型的随机信号。研究确定信号是研究随机信号的基础。2.2.2信号的分类二、连续时间信号和离散时间信号根据信号定义域的特点可分为连续时间信号和离散时间信号。在连续的时间范围内(-∞<t<∞）有定义的信号称为连续时间信号，简称连续信号。这里的“连续”指函数的定义域—时间是连续的，但可含间断点，至于值域可连续也可不连续。值域连续值域不连续仅在一些离散的瞬间才有定义的信号称为离散时间信号，简称离散信号。这里的“离散”指信号的定义域—时间是离散的，它只在某些规定的离散瞬间给出函数值，其余时间无定义。2.2.2信号的分类三、模拟信号和数字信号按照信号参量的取值方式及其与消息之间的关系将信号分为两类：模拟信号和数字信号模拟信号代表消息的信号参量取值连续，例如麦克风输出电压连续信号tf(t)tf(nt)抽样信号模拟信号特征量取值连续的信号数字信号代表消息的信号参量取值为有限个（离散），例如电报信号、计算机输入输出信号：数字信号特征量取值离散的信号(a)二进制信号(b)2PSK信号图数字信号通常，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。2.2.2信号的分类四、周期信号和非周期信号周期信号(periodsignal)是定义在(-∞，∞)区间，每隔一定时间T(或整数N），按相同规律重复变化的信号。不具有周期性的信号称为非周期信号。2.2.2信号的分类五、信号的频率频域（frequencydomain）是描述信号在频率方面特性时用到的一种坐标系。在电子学，控制系统工程和统计学中，频域图显示了在一个频率范围内每个给定频带内的信号量。

人耳听觉的频率范围约为20－20000HZ,超出这个范围的就不为我们人耳所察觉2.2.3模数转换通常我们用模拟信号（Analogsignal）和数字信号（Digitalsignal）的英文头一个字母把模拟信号变成数字信号的过程简称为A/D转换，把数字信号变成模拟信号的过程简称为D/A转换。模拟信号源模/数转换数字通信系统数/模转换模拟信号数字信号数字信号模拟信号模拟信源A/D数字通信系统D/A收信者抽样量化编码抽样：对信号在时间上离散。量化：把抽样值在幅度上离散。编码：用M进制代码表示量化后的抽样值。2.2.4信息编码技术各种信息在计算机中都是以0