Datakommunikation Informationsöverföring Kanaler för informationsöverföring Kodning Modulation RS-232C och andra seriella gränssnitt Bengt Magnhagen, ELIT, Ingenjörshögskolan, Jönköping

Komponenter i kommunikation Datakommunikation Datanät Protokoll Tillförlitlighet Kodningsteknik Köteori A Kanal B T LAN T T ACB Anrop Betjäning ACB Kö

Datakommunikation 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

Information 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 BBBe

Informationsöverföring 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

Fundamentala begrepp och samband Mottagare Källa med alfabet Kanal med störningar Källkodare Kanalkodare Claude E. Shannon grundlade den moderna informationsteorin (1948), som blev 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]

Kanaler 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

Informationsteorins grunder Informationsmått och entropi Källkodning (för effektiv överföring) - Huffmankodning Kanalkodning (för säker överföring) - Hammingkoder Modulering

Källkodning 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.

Var finns felande biten ? 3 8 5 5 3 3 5 5 3 8 5 8 5 3 Summa = 5x13 = 65 Summa = 8x8 = 64

Definition 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

En generell signal U = A(t)sin(t+)

Modulering, 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

IQ-modulering I och Q, ortogonala vektorer ASK-modulering Q-vektor Resultant 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 I-vektor

Register för modemkommunikation För TD och RD 0 Positiv Space Adress 03FC 1 Negativ Mark TD MCR DTR Data RTS För övriga signaler 0 Negativ OFF Adress 03FE CTS 1 Positiv ON DSR MSR DCD Data RD DTE UART DCE

Signaler i gränssnittet V.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

Överföringsprinciper 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

Industrins 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