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1、2018/10/19,1,第二章 远动系统技术基础,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,2,2.3 差错控制与电码结构,远动系统要完成各种数字信号的远距离传输。为保证各种命令的正确执行和各种表示信息的准确无误，我们要求数字信息的传输系统都达到无误传输。但是，数据在信道中传输不可避免地要受到各种干扰，从而造成传输差错。不论何种干扰引起的错误，不外乎两种形式：一是随机错误，另一种是突发错误。随机错误即数据系列中前后码元之间是否发生错误彼此无关，产生这些错误的信道称之为无记忆信道或随机信道。,2.3.1 差错控制,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,3,2.3 差错控
2、制与电码结构,突发错误即一个错误的出现往往影响后面数据的错误，错误之间有相关性，发生这种突发错误的信道称之为记忆信道或突发信道。由于实际信道的复杂性，所呈现出的错误往往不是单纯的一种，而是随机和突发错误并存，只不过有的信道以某种错误为主罢了。为了降低误码率，可以采用两条途径：采用新的传输系统和使用差错控制技术。前者受各方面因素的限制，不易实现，主要是采用后者来实现。,2.3.1 差错控制,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,4,2.3 差错控制与电码结构,差错控制的基本思想是通过对信息序列作某种变换（变换方法不同，也就构成不同的差错控制码），使原来彼此独立、相关性极小的信息码元
3、，经变换后，产生某种相关性，从而在接收端有可能根据这些相关的规律性来检查识别，进而纠正信息序列在信道中传输时所造成的差错。为实现这种相关性，在发送端用信道编码器在信息元后面增加一些码元，叫监督（或校验）码元。信道编码器就是抗干扰编码器。不同的差错控制编码方法有不同的检错、纠错能力。常见的检纠错码有奇偶校验码、水平一致监督码、水平垂直一致监督码、群计数码、等比码、线性分组码等。,2.3.1 差错控制,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,5,2.3 差错控制与电码结构,为了克服通信系统中差错的有害影响，除了要选择适当的码型外，还必须从整体出发，考虑如何控制这些差错。在数据传输系统中
4、，差错控制方式主要有四种： 前向纠错方式（FEC） 检错重发方式也称自动回询重传方式（ARQ） 混合纠错方式（HEC） 反馈重发方式即信息反馈方式（IRQ）,2.3.1 差错控制,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,6,2.3 差错控制与电码结构,2.3.1 差错控制,FEC,ARQ,1前向纠错（FEC） ：前向纠错方式FEC（Forward Error Correction）是在发送端将数据信息按一定的规则附加余码元，组成纠错码。,2自动回询重传（ARQ）：这种方式又可称为检错重传、判决反馈或反馈纠错，记作ARQ（Automatic Repeat Request）。,2018
5、/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,7,2.3 差错控制与电码结构,2.3.1 差错控制,IRQ,HEC,3混合差错控制方式（HEC）：如果将FEC和ARQ适当结合起来，就能克服各自的缺点，这就是混合差错控制方式，也称混合纠错方式HEC（Hybrid Error Correction）。,4信息反馈（IRQ）：也就是信息重传请求IRQ（Information Repeat Request），将接收到的数据原封不动地通过反馈信道送回到发送端。,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,8,2.3 差错控制与电码结构,2.3.2 电码结构,远动系统实际是数据传输系统与自动控制系统
6、的结合，其信息的传输是靠电码来完成的。因此，远动技术中一个非常重要的内容就是研究电码，也就是电码结构。所谓电码就是按照一定的规律组织起来，代表一定含义的一组脉冲信号。每一个脉冲称为电码单元，简称码元。几个码元组成一个码组（码字），而电码就由几个码组来构成。整个电码代表一定的信息内容，而每个码组分别表达了信息内容的一部分。,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,9,电码结构,前导码,信息码,校正码,2.3 差错控制与电码结构,2.3.2 电码结构,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,10,2.3 差错控制与电码结构,2.3.2 电码结构,前导码放在整个电码的前部，它
7、没有任何具体的含义，由“1”和“0”信号交替或是全“1”、全“0”等组成。它是为了在接收端建立起位同步信号和克服滤波器建立时间的影响而编成的码组，其码元数目根据位同步和滤波器建立的时间而定。同步码是为了建立群同步而设立的码组，利用它提供准确的时间标准实现群同步。码组长度和采用的类型可任意选择。信息码是电码的核心部分，直接反映电码所要代表的含义。一般它又可分为地址码、状态码和信息码三部分。校正码（差错控制监督码）根据采用的差错控制方式，决定这部分码元的数目。,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,11,2.3 差错控制与电码结构,2.3.2 电码结构,差错控制编码分类：根据编码方式
8、和不同的衡量标准，差错控制编码有多种形式和类别，主要有以下几种分类 ： 根据编码功能可分为：检错码（只完成检错功能）、纠错码（只完成纠错功能）和纠删码（既可检错也可纠错）。 根据信息码元和附加的监督码之间的检验关系可以分为线性码（监督码元是信息码元的线性组合）和非线性码（两者不存在线性关系）。,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,12,2.3 差错控制与电码结构,2.3.2 电码结构,按信息码元和监督码元之间的约束方式可分为分组码和卷积码。 分组码中所有码组的信息码元在编码前后保持原来形式的码叫系统码，反之是非系统码。 纠正随机错误码和纠正突发错误码。前者纠正信道中出现的随机独
9、立干扰引起的误码，后者主要纠正信道中出现的突发错误。,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,13,2.3 差错控制与电码结构,2.3.2 电码结构,常用的检错码有奇偶监督码、行列监督码、群计数码、恒比码等。常用的线性分组码主要有汉明码、循环码。汉明码是一种高效率的纠单个错误的线性分组码。 循环码是一种重要的线性分组码。这种码的编码和解码设备都不太复杂，且有较强的检（纠）错能力。循环码具有循环性，即码中任一码组循环一位以后，仍为该码中的一个码组。铁路信号远动系统中最常用的检纠错编码为CRC（循环冗余校验）和BCH码。这两种码字都是线性分组码，即信息码元和监督码元之间的关系为线性关系
10、。CRC码和BCH码是线性分组码中的循环码，是目前研究的最成熟的一类码。,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,14,2.4 通信网络的主要硬件设备,2.4.1 网络传输介质,双绞线,屏蔽双绞线,双绞线水晶头,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,15,2.4 通信网络的主要硬件设备,2.4.1 网络传输介质,大对数电缆,铁路信号电缆,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,16,2.4 通信网络的主要硬件设备,2.4.1 网络传输介质,光纤,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,17,2.4 通信网络的主要硬件设备,2.4.1 网络传输介
11、质,跳线和光纤收发器,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,18,2.4 通信网络的主要硬件设备,2.4.1 网络传输介质,同轴电缆,同轴电缆连接器,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,19,2.4 通信网络的主要硬件设备,2.4.2 服务器,服务器,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,20,2.4 通信网络的主要硬件设备,2.4.3 工作站,工作站,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,21,2.4 通信网络的主要硬件设备,2.4.4 路由器,路由器,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,22,2.4 通信网络的主要硬
12、件设备,2.4.4 路由器,路由器,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,23,2.4 通信网络的主要硬件设备,2.4.5 交换机,交换机,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,24,2.4 通信网络的主要硬件设备,2.4.6 网桥,网桥,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,25,无 线 覆 盖 系 统 解 决 方 案,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,26,2.4 通信网络的主要硬件设备,2.4.7 网关（协议转换器 ）,网关,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,27,2.5 远动系统的网络体系结构,ISO的OSI
13、参考模型IEEE 802 LAN协议标准TCP/IP协议X25协议,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,28,2.5 远动系统的网络体系结构,X.25网的设备分组交换网主要由分组交换机、用户接入设备和传输线路组成。X.25是一个对公用分组交换网（Public Data Network，PDN）接口的规格说明。网络内部由各个网络自己决定。X.25网仅说明该网络与网络外部数据终端设备（Data Terminal Equipment，DTE）的接口应遵循X.25标准。X.25是以虚电路服务为基础的。X.25建议是作为公用数据网的用户-网络接口协议提出的,它的全称是“公用数据网络中通过
14、专用电路连接的分组式数据终端设备(DTE)和数据电路终接设备(DCE)之间的接口”。,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,29,2.5 远动系统的网络体系结构,X.25协议的应用环境,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,30,2.6 通信总线和现场总线,总线的概念总线是一组公用信号线的集合，通过这一组公用信号线把计算机或计算机测控系统中的各个模板以及各种设备连接成一个整体，以便彼此进行信息交换。总线标准总线规约在得到某一标准化组织的批准或推荐后，即成为某种总线标准。可见，总线是一组标准化了的信息通路。通过该信息通路，使得连接在总线上的各个模块之间能够相互传递信息
15、。,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,31,2.6 通信总线和现场总线,总线分类总线按功能和规模分类一般分为三类：系统总线、通信总线和现场总线 。系统总线也称内总线、板级总线，用于计算机各种模板插件之间的信息传送。通信总线也称外总线，用于系统间的通信。现场总线是一种开放式实时系统，具有简化型的网络结构。是一种串行数字通信链路，它处于现场与安装在生产控制室与自动控制装置之间。,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,32,2.6 通信总线和现场总线,系统总线,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,33,2.6 通信总线和现场总线,常用通信总线,通信总线
16、分为并行通信总线和串行通信总线两类。并行通信总线在通信传送过程中，每次同时发送一个数据字节，传输速度高，适用于短距离（数十米）快速传输。串行通信总线在通信过程中，每次传送一个比特信息，所以传输速度低，但使用的导线数量少，成本低，适用于较远距离的传输。,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,34,2.6 通信总线和现场总线,常用现场总线,CAN总线 Lonworks 总线 高速以太网现场总线,2018/10/19,西南交通大学峨眉校区计算机系,35,2.6 通信总线和现场总线,常用现场总线,CAN（Controller Area Network）是ISO的串行通信协议。CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。CAN在汽车领域上的应用是最广泛的,世界上一些著名的汽车制造厂商,如BENZ(奔驰)、BMW(宝马)、PORSCHE(保时捷)、ROLLS-ROYCE(劳斯莱斯)和JAGUAR(美洲豹)等都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。,
