Bengt Magnhagen, Konstruktionsmetoder, 23-04-20 (1)

DatakommunikationDatakommunikationInformationsöverföringInformationsöverföring

Datakommunikation Information Kanaler för informationsöverföring Kodning Modulation RS-232C och andra seriella gränssnitt

Bengt Magnhagen, Konstruktionsmetoder, 23-04-20 (2)

Komponenter i kommunikationKomponenter i kommunikation

Datakommunikation Datanät Protokoll Tillförlitlighet Kodningsteknik Köteori

A B

T

TT

Betjäning

Kö

Anrop

Kanal

LAN

ACB

ACB

Bengt Magnhagen, Konstruktionsmetoder, 23-04-20 (3)

DatakommunikationDatakommunikation

Kommunikation mellan två punkter Punkterna kan vara noder i nätverk Serieporten i PC = standarden RS232-C Modem har ”alltid” nyttjat ”V24” RS232-C = V24 + V28 + ISO-2110 PC = DTE och Modem = DCE

Bengt Magnhagen, Konstruktionsmetoder, 23-04-20 (4)

InformationInformation

Information = kunskap Informationssystem

förmedlar information mellan människor

Förmedling av inform. mellan människor sker med symboler & signaler

Data = en samling symboler & signaler som är bärare av information

Bengt Magnhagen, Konstruktionsmetoder, 23-04-20 (5)

InformationsöverföringInformationsöverföring Dataöverföring [bitar/s] Info.överföring [bit/s] Info = reducering av

osäkerhet, ex. myntkast Info[1 myntkast]= -log 1/p

= log 2 = 1 [bit] Symbolhastighet [baud] Källkodning och kanal-

kodning ökar prestanda

Bengt Magnhagen, Konstruktionsmetoder, 23-04-20 (6)

Fundamentala begrepp och Fundamentala begrepp och sambandsamband

Källamed alfabet Källkodare Kanalkodare

Kanal med störningar

Claude E. Shannon grundlade den moderna informationsteorin (1948), somblev till en ny vetenskap.Överföring av information från en sändare till en mottgare, delade han upp i två delproblem, källkodning och kanalkodning.Shannon definierade ett kvantitativt informationsmått för källan, dess entropi H. Entropin representerar den genomsnittliga informationsmängden per källsymbol. Enheten för information är [bit]. Entropin anges i [bit/källsymbol]

Mottagare

Bengt Magnhagen, Konstruktionsmetoder, 23-04-20 (7)

Kanaler för info. överföringKanaler för info. överföring

En kanal karakteriseras av dess kanalkapacitet 0 <= C <= 1.

C anger hur många [bit], som max kan överföras per binär kanal-symbol.

Kanalmodellen BSC har felsan-nolikheten p och (1-p) för rätt.

C = 1 + plog2p + (1-p)log2(1-p)Analogt tal kan digitaliseras

Bengt Magnhagen, Konstruktionsmetoder, 23-04-20 (8)

Informationsteorins grunderInformationsteorins grunder

Informationsmått och entropi Källkodning (för effektiv överföring)

- Huffmankodning Kanalkodning (för säker överföring)

- Hammingkoder Modulering

Bengt Magnhagen, Konstruktionsmetoder, 23-04-20 (9)

KällkodningKällkodning Kanalen betraktas nu som perfekt (störningsfri) Block bestående av följder av n källsymboler

avbildas av källkodaren på binära kodord. Ur dessa kodord rekonstruerar källavkodaren de

ursprungliga källsymbolerna. Källkodaren är effektivare desto färre bitar L som

i medeltal behövs per källsymbol. För L>=H är det möjligt att finna koder vars

sannolikhet för felaktig avkodning går mot noll då n går mot oändligheten. Ingen finns för L<H.

Bengt Magnhagen, Konstruktionsmetoder, 23-04-20 (10)

Var finns felande biten ?Var finns felande biten ?

Summa = 8x8 = 64 Summa = 5x13 = 65

8

3

5

3 5 3

5

5

3

38 5

85

Bengt Magnhagen, Konstruktionsmetoder, 23-04-20 (11)

Definition av ModulationDefinition av Modulation

Modulation är en process

där meddelandet omvandlas till en signal

med form och egenskaper sådana att den,

utan att påverka informationen,

kan överföras via aktuellt medie Basbandsmodulering Bärvågsmodulering

Bengt Magnhagen, Konstruktionsmetoder, 23-04-20 (12)

En generell signalEn generell signal

U = A(t)sin(t+)

Bengt Magnhagen, Konstruktionsmetoder, 23-04-20 (13)

Modulering, digital signaleringModulering, digital signalering

Basband, modulerad likspänning Amplitudmodulering, ASK Frekvensmodulering, FSK, CPFSK Fasmodulering, PSK, QPSK, DQPSK IQ-modulering, två ortogonala vektorer Fas + amplitud, QAM Ögondiagram, visar intersymbolinterferens

Bengt Magnhagen, Konstruktionsmetoder, 23-04-20 (14)

IQ-moduleringIQ-modulering

I och Q, ortogonala vektorer ASK-modulering

Q = 0 och I = 1 eller 0 PSK-modulering

Q = 0 och I = +1 eller -1 QPSK-modulering

Q=I=1, Q=1 och I=-1,

Q=-1 och I=-1, Q=-1 & I=1

Q-vektor

I-vektor

Resultant

Bengt Magnhagen, Konstruktionsmetoder, 23-04-20 (15)

Register för Register för modemkommunikationmodemkommunikation

MCR

MSR

Adress 03FCTD

DTR

RTS

CTSDSRDCD

RD

UART

Adress 03FE

För TD och RD

0 Positiv Space

1 Negativ Mark

För övriga signaler

0 Negativ OFF

1 Positiv ON

Data

Data

DTE

DCE

Bengt Magnhagen, Konstruktionsmetoder, 23-04-20 (16)

Signaler i gränssnittet Signaler i gränssnittet V.24/RS-232-CV.24/RS-232-C

DTR = Data Terminal Ready RTS = Ready To Send DSR = Data Set Ready CTS = Clear To Send DCD = Data Carrier Detected TD = Transmitted Data RD = Received Data

Bengt Magnhagen, Konstruktionsmetoder, 23-04-20 (17)

ÖverföringsprinciperÖverföringsprinciper Asynkront, tecken för tecken överföring

- synkronisering inför varje teckenöverföring

- avgränsning medelst start/stoppbitar Synkront, block för block överföring

- synkronisering inför varje block

- avgränsning medelst specialtecken Protokoll, en uppsättning regler, som

sändare och mottagare måste följa

Bengt Magnhagen, Konstruktionsmetoder, 23-04-20 (18)

Industrins signalerIndustrins signaler

Industrins elektriska miljö är full av störningar

Standardsignalering < 100 Hz använder likström 0 - 20 mA, +/-10 mA, +/- 20 mA

V.11/RS-422 med 4-tråd, polaritetsväxling och upp till 10 användare, 1 200 meter

RS-485, max 32 användare i multidrop Fältbussar: CAN, Profibus, USB etc