1、中华人民共和国国家标准分散型过程控制系统用工业过程数据公路单信道相位连续FSK物理(PHY)层及其与媒体接口的规范Process data highway , type C (PROW AY C) ,for distributed process control syst!,!ms. Specification of the single-channel phase-continuous-FKS physical (PHY)layer and its interface to the medium UDC 681.32 : 621-503 GB 9469.8-88 本标准等效采用国际电工委员会
2、标准IEC955(分散型过程控制系统用工业过程数据公路。1 主题内容与适用范围本标准规定了物理层的功能、电气和机械特性。本规范定义可以连接到单信道同轴电缆总线局域网中的站所具有的具体物理层。图1说明了本部分与GB9469其他部分以及与LAN规范之间的关系。本标准仅按需要的程度去规定这些物理层实体，以便保证:a. 具体实现的相互可操作性符合本规范;b. 对局域网本身及其用卢提供保护。第2层第2层数据链路公路层第1层桐合层第0层蝶体层干线用户PLC- - -1- -1 PY栅控制预! 管理! M止一一-一1I 燎体送取控制子层| P肝一| 第10部分物理层| I I 支线电缆I 1 I TAP I
3、一一一一 电缆| 分接头|一一L一一一一I图l与LAN模型和媒体的关系国家机械工业委员会1988-05-12批准-第3部分第4部分-第5部分第6部分-一第7部分第8部分. -一第8部分第9部分1989-_0个01实施GB 9469.8-88 ,. , 目的本标准的目的是:a. 为单信道同轴电缆总线媒体连接的、符合本标准的局域网站之间的通信，提供必须的物理手段;b. 定义可以在不同的硬件制造厂中独立实现的物理接口，以及当连接到公共的单信道同轴电缆总线媒体时，可获得兼容性;C. 提供高带宽和低误码率性能的通信信道，使得在MAC-PHY服务接口上的平均误码率小于1X 10-8(见GB9469.7)，
4、在该接口上具有平均不可检测的误码率应小于lX10-9;d. 在宽范围环境内能提供方便的安装和服务;e. 提供高的网络可用性。.2 兼容性考虑本标准适用于75n同轴电缆总线上操作的物理层实体，该总线由干线和支线电缆组成。具有相同数据速率信号的所有单信道相位连续FSK站，应在本部分规定的媒体接口处兼容。只要在该媒体接口处保持兼容性，基于本标准的具体实现，可以使用不同的方法。.3 单信道同轴电缆总线媒体操作的概述GB 9469.9说明的通信媒体由干线电缆和支线电缆构成，在干线和支线电缆中能用非定向的无源阻抗匹配器(分接头)作为分离器(分支)。支线电缆连接各站。本标准适用于分散型过程控制系统用工业过程
5、数据公路。2 术语单信道FSK系统:对信息进行编码，在载波上进行频率调制，并加到同轴传输媒体上的一种系统。在媒体的任何点上，每个时刻只有一个信息信号出现在信道上而不会被破坏。曼切斯特码:把分离的数据和时钟信号组合成单一的、自同步的数据流，并适于在串行信道上传输的一种编码方法。每个数据比特单元中始终存在着两个频率、每个宽度为D/20如果该数据比特是1，则插入低到高频率序列以表示数据值;若此数据比特为0，则插入高到低频率序列以表示数据值。这种方式在一个比特单元的中间建立一个转换，它可由用作时钟的信号中提取。支线电缆:阻扰为75n的挠性同轴电缆，用来把站连到干线电缆的接头上。FSK:频移键控，种调制
6、技术。通过把被发送信号移频到少数几个频率中的一个频率的方法，将信息加到载波上。相位连续FSK:FSK的一种特殊形式，它的发信频率间的转换是通过频率的连续变化完成的(与一个频率被另-个频率的断续替换相反，例如，断续替换可以用开关完成)。因此，这也是一种频率调制的形式。站:连接到局域网的设备。干线电缆:单信道同轴电缆总线系统的75n主同轴电缆。3 相位连续FSK物理(PHY)层概述3. , 功能的一般描述这里非形式地描述由单信道相位连续FSK物理层实体完成的功能。所有的物理层实体都提供一种方法，借此可以把一个物理层实体的MAC接口处出现的针号传送给总线上所有的物理层实体，以便传送给这些实体各自的M
7、AC接口。3. ,. 1 符号传送和接收功能把在物理层实体的MAC-PHY接口处递交给物理层实体的符号连续地加给编码器，编码器产生三种状态的PHY符号编码作为输出:(H)、(L)、(0)0 GB 9469. 8 - 8 8 然后把编码器输出加到一个双音调FSK调制器上，每个发送器(H)表示较高频率音，每个(L)表示较低频率音。每个接收器也捐合到单信道同轴电缆总线媒体。为了降低接收噪声，对接收信号进行带通滤波后进行信号解调，然后，从载波和接收信号频率中推断出被发迭的PHY符号，再通过适当的编码过程的逆过程，对得到的PHY符号进行译码。并在它的MAC-PHY接口处给出译码出的MAC符号。除pad-
8、idle外的所有MAC符号，在无差错时，译码过程是编码过程的逆过程。pad-idle集中起来称为前导码，在每个MAC帧开始时发迭，既为接收器提供一个练习信号，又在连续的两帧之间提供非零的最小分割。因为每次发送都从pad-idle符号开始，预计一些开始符可能在发送器和接收器之间转移时丢失。另外，在相位连续FSK系统中，对MAC符号pad-idle的编码是7个交替的0和1序列，允许接收器把被发送的pad-idle译码为交替的1和0序列，并把它报告给MAC实体。3. 1.2 禁止唠叨功能为了防止局域网不受来自站的大多数错误的影响，每个站均包含禁止唠叨功能。该功能在发送器上起监视器作用F如果该站在持续
9、长时间(大约0.1s)后未关闭它的发送器，那末至少在其余的传输时间内，发送器的输出必须自动地不起作用。3. 1. 3 本地管理功能这些功能是用来选择各种操作方式的。它们或者通过人工，或者通过物理层实体的站管理接口，或者是通过以上两者来激活。这些功能包括:a. 允许或封锁每个发送器的输出(冗余媒体的配置将有两个或多个发送器输出); b. 选择接收的信号源:任何单媒体(如果冗余媒体存在的话)，或者选择任何一个可以使用的回送点。注意:如果选择回送点，那么必须禁止所有的发送器输出。3.2 功能规范使用的模型参见GB9469.1附录A的参考文献2103. 3 必备功能在所有的实现中必须具备上述所有的功能
10、和请求。但是适合于本标准7a和7b条的限制应由制造厂家加以规定。4 站管理PHY层接口规范的应用见GB9469. 10第5章。5 单信道相位连续FSK物理层功能、电气和机械规范除非另有说明，对于任意数据模式的传输，所有指定的电压和功率电平分别指有效值(rms)和分贝(dB)有效值(rms)。5.1 数据的发信速率对于相位连续FSK系统来说，标准的数据发信速率是1Mbit/so发信速率的容差对发送站是土0.01%。5.2 符号编码物理层实体把MAC实体送到它的MAC-PHY接口处的MAC符号发迭出去。可能的MAC符号是(见GB9469.7第2.2.1条): zero、onenon-date 、p
11、ad-idle和silence。发送符号是(H)、(L)、(0)。这些发送符号以1/2bit时间周期送入一个调制器，然后被发迭出去。每个输入的MAC符号编码是:GB 9469.8-88 a. silence一一每个silence符号应被编码为(0-0)序列;b. pad-idle一一每对pad-idle符号应被编码为(L)(H) (H) (L)序列;c. zero一一每个zero符号应被编码为(H)(L)序列;d. one一一每个one符号应被编码为(L)(H)序列;e. non-data一-MAC子层实体成对发送non-data符号。每个这样成对连续的non-data符号应被编码为(L)(L
12、) (H) (H):序列。因此帧启始定界符序列应被编码为:nor卜datanon-data zero non-data non-data (LL) (HH) (HL) (LL) (HH) zero zero zero (HL) (HL) (HL) 帧结束定界符序列应被编码为:non-data non-data one non-data non-data one (LL) (HH) (LH) (LL) (HH) (LH) C符号定时汇丑JH;ZiMAC符号等于oMAC符号等于1非数据MAC符号对IN由lN问hMAC符号1咀阳:-111m:寸寸-传输符号-1I I I川|iUILLHHHLHL (
13、频率)LLHHLHLLHHLH 启始定界符结束定界符图2物理信号编码曼彻斯特数据编码5.3 巳调制的线路信号(在站的线路输出处)把本标准第5.2条中的编码步骤得到的结果送到FSK调制器，产生的结果是每个(H)将用调制器两个发信频率中的较高频率表示，每个(L)将用调制器两个发信频率中的较低频率表示，而每个(0)将被表示成既无载波，又无调制信号。载波调制后的结果应按本标准第5.5条规定捐合到单信道同轴电缆总线媒体。5.3.1 线路信号应对应于载波频率为5.00MHz的FSK信号，其频率在3.75MHz土80kHz和6.25MHz士80kHz两个发信频率之间平滑地变化。5. 3. 2 按本标准第5.
14、2条传输编码步骤所得到的每个传送符号应被发送，发送持续时间等于MAC实体在MAC接口处送出的MAC符号到达间隔时间(inter-arrivaltime)的一半。该周期的最大抖动应小于MAC符号到达间隔时间的1%。5. 3. 3 当在两个发信频率之间变换时，FSK调制器应以连续和单调的方式在100ns内变化它的频率，而最大振幅畸变为10%。5. J 4 加到75n电阻负载上的已调制载波频率的发送信号的输出电平应在+64和+66dB (1 mV , GB 9469.8-88 75 .o)(dB mV)之间。5.3.5剩余或漏泄的发送器关闭输出信号(即，当发送PHY码(H)时)应不大于一22dB(1
15、mV , 75 O) (dB mV)。5.4 禁止唠叨为了禁止调制到达局域网媒体，每个物理层实体应有自中断能力。物理层内部的硬件应监视发送器的输出打开条件，并应提供0.1s土25%的标准窗口，在该时间内，可以进行正常的数据链路传输。如果传输超过这段时间，那末禁止唠叨功能动作则禁止此后到达媒体的输出。在收到站管理PHY-RESET. -request(见GB9469.10第5章)原语时，应复位禁止唠叨功能。其他的复位方法也是允许的。5.5 与媒体藕合物理层功能适于在由75.0双向同轴干线电缆，无定向阻抗匹配分接头和75.0支线电缆组成的媒体上进行操作。站与媒体的机械藕合应是支线电缆，并使用GB9
16、469.9规定的站上的75.oN系列接插件插座。当接插件终接一个75.0电阻负载时，在接收器N接插件处的最大电压驻波比(VSWR)应为1.5 : 1或更小。VSWR应在整个3-7MHz频谱范围内测得。发送器和接收器都应用交流变压器藕合于支线电缆媒体之一的中心导体。线圈间的击穿电压至少应为500V交流有效值。同轴电缆媒体的屏蔽层可以有选择地接到机壳地，连接阻抗应小于0.1.00 5.6 接收器灵敏度和选择性当接收信号在4dBmV到十50dBmV范围内，并且信号噪声比SNR为20dBmV或更大时，物理层实体应能够提供1X 10-9或更小的不可检测的误码率，而可检测的误码率为1X 10-8或更低，噪
17、声应在整个3到7MHz频谱范围内测得，如本标准第5.5条所述。另外，每个接收器必须能正确地识别所在站本身的传输。5. 7 符号定时每个物理层实体应恢复包含在接收信号发信频率变换中的PHY符号定时信息，并利用此恢复的定时信息来决定传送给MAC接口的MAC符号的精确速率。所报告的MAC符号定时相对于接收到的发信PHY符号定时的偏差应小于8%(当从媒体上收到silence时，应按本标准第5.1条决定的标称速率向MAC接口报告，其误差应在士25%范围内。5.8 符号译码当每个收到的PHY符号解调和判定后，应按本标准第5.2条里所描述的逆过程对PHY符号进行译码，译出的MAC符号在MAC接口处报告(如本
18、标准第3.1.1条中所注，允许接收器将pad-idle发送表示译码为1和0序列)。每当接收到无法正确译码的PHY符号序列时，应将其译为适当数目的bad-signal MAC符号，并向MAC-PHY接口报告。在这种情况下，接收实体应尽快与译码过程重新同步。5.9接收倍号摞选择要求具有接收信号源的能力，选择信号源由站管理实体控制。既可是物理层实体内的回送点，也可是(多个媒体(中一个)。当所选择的摞不是媒体(之一)时，在选择有效期间，PHY实体应自动禁止向所有连接的总线媒体传输。5.10 发送器的允许/禁止由站管理实体所控制的允许/禁止单倍道总线媒体上调制器发送的能力是必须具备的。5.11 冗余媒体
19、的考虑鼓励采用符合本标准、带有冗余媒体、能运行的具体设备，只要该设备能在非冗余媒体单电缆环境中能够正常运行。在使用冗余媒体的地方，本标准第5.4，5.5和第5.10条的规定应分别和独立地适用于每个单媒体接口。特别是每种媒体应有各自的N接插件和唠叨禁止监视功能(虽然也允许公共的禁止)，当接收的信号源是冗余媒体之一时，选择冗余媒体中的任一媒体的能力应提供给接收器信号选择GB 9469.8-88 功能，它还应能独立地允许或禁止所有其它冗余发送器中的每一个发送器。5.12 可靠性物理层实体应这样设计，使得它每小时连续(或间断)工作引起的，与连接到媒体上其它站通信的故障概率低于1X 10-6。连接站到同
20、轴电缆媒体的接插件及其它无源元件应设计得使整个网络的故障概率为最小。6 环境规范6.1 安全性要求本条提出有关安全性的建议和准则。这里的列出既不全面，也不可能涉及到所有可能的安全方面。极力主张设计和安装者参照有关地方、国家和国际的安全规则，保证与相应的标准相一致。GB9469.1 附录A的参考文献32中提供了许多有关法规在要求方面的附加准则。GB 9469.9中描述的局域网电缆系统，在他们使用期间易遭受至少四个方面的直接电气安全的危险，连接设备的设计者应该认识到它们的这些危险是:a. 局域网络的元件与电源或照明线路之间的直接接触;b. 局域网络电缆和元件上积累的静电;c. 高能瞬变藕合到局域网
21、电缆系统;d. 各类网络元件所连接的安全地之间的电位差。为了使局域网络正常地操作，对所有类似的电缆系统都存在的这些电气安全的危险性应该适当地缓和。而且在一个运转的系统中，除了采取处理这些故障的预防措施外，还必须采取特殊手段，以保证当从现存的局域网媒体上添加或撤除设备时，这些预定的安全特点不会失效。GB 9469.1附录A的参考文献15中定义了完整的安装规程。6.2 电酷和电气环境来自周围环境的干扰源包括电磁场、静电放电，地线连接之间的瞬变电压等等。这几种干扰源都促使同轴电缆之间，或者如果有的话，站的地线连接之间的电压积累。当工作在工业环境中时，物理层实体应满足它的规范。6.2.1 电磁环境工业
22、环境存在着下列两种外界平面被电磁场:a. 在10kHz到30MHz范围内，2V/m的电融场;b. 在30MHz到1GHz范围内，5V/m的电磁场。6.2.2 地电位差工业环境中存在的几种典型的地电位差是:a. 当传输媒体整个处于保护区时，在频率低于400Hz的情况f，地电位差的典型值小于10V (峰-1峰值); b. 当传输媒体外露于工厂环境时，在频率低于400Hz的情况下，地电位差的典型值小于50V (峰-峰值hc. 当传输媒体外露于恶劣的工厂(如发电厂)环境时，在频率低于10MHz的情况下，地电位差的典型值可升至1000 V(峰-峰值); 6.3 温度和湿度要求符合本标准的任何具体设备，在
23、规定的环境条件的合理范围内都能正常工作，这些条件与温度、温度以及如冲击和振动之类的物理条件有关。这些参数的具体要求和数值的考虑已超出了本标准的市围。要求制造厂家在与系统部件和设备有关的文件中(可能的话，在元件上)标明其工作环境规范，以便选择、安装和维护这些部件。6.4 规章要求GB 9469.8-88 GB 9469.1附录A的参考文献14至19和32中所列的规章要求适用于局域网的设备和媒体，但并不局限于此。7 标示建议遵循本标准的物理层实体的每个具体设备(和辅助文件)都应对用户以明显方式至少标明下列参数:a. 以Mhit/s为单位的数据速率(即1Mhit/s); b. 该设备在站之间一次双向传输交换中所引起的最坏情况的往返延迟，在GB9469.6第3.1.6条内规定;C. 在GB9469.10第5章中定义出操作方式和选择能力;d. 当站有多个N系列接插件时(如冗余媒体情况)，要在靠近那个接插件的地方作标记，清楚地标明每个接插件的作用。
