1、電力系統(tǒng)通信第一章 概述 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 信息源：產生和發(fā)出消息的人或機器，發(fā)出的消息可以是連續(xù)的或離散的。 受信者：接受消息的人或機器。 編碼器：包括信源編碼器和信道編碼器。 信源編碼器：將信息源送出的模擬信號或數(shù)字信號轉換為合乎要求的數(shù)碼序列； 信道編碼器：給數(shù)碼序列按一定規(guī)則加入監(jiān)督碼元，使接收端能發(fā)現(xiàn)或糾正錯誤碼元，用于提高傳送的可靠性。 調制器：將信道編碼器輸出的數(shù)碼變換為適合于在信道上傳送的調制信號后再送往信道； 解調器：將收到的調制信號變換為數(shù)字序列。解調是調制的逆變換。 信道：傳送信號的媒質。 譯碼器：包括信道譯碼器和信源譯碼器 信道譯碼器：對收到的數(shù)碼序列進行檢錯或糾錯譯碼

2、； 信源譯碼器：把經信道譯碼器處理后的數(shù)字序列變換為相應的信號送給受信者。 同步：用于保證收發(fā)兩端步調一致，協(xié)同工作。是通信系統(tǒng)中不可缺少的組成部分，如收發(fā)兩端失去同步，數(shù)字通信系統(tǒng)會出現(xiàn)大量錯碼，無法正常工作。電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕灸Ｊ?循環(huán)傳輸模式 自發(fā)（事件發(fā)動）傳輸模式 按請求（問答）傳輸模式電力系統(tǒng)信息傳輸?shù)幕竟ぷ髂Ｊ?循環(huán)傳輸模式 發(fā)送站按規(guī)定的順序，周期性的把信息送給主站。 特點：無需主站干預，傳輸信息時只需使用單向信道。當傳輸過程中某些數(shù)據(jù)出現(xiàn)差錯時，由于是循環(huán)傳送，因而可以用下一個循環(huán)中的數(shù)據(jù)來補救。信道利用率不高。 自發(fā)（事件發(fā)動）傳輸模式 只有在發(fā)送端發(fā)生事件時（例如開

3、關位置狀態(tài)發(fā)生變化，測量值的變動超過預訂范圍）才向主站發(fā)送信息。 特點：適合實時性要求。需要雙向信道。反向信道用于傳送“肯定確認”或“否定確認”信息。系統(tǒng)正常運行時減輕了信道的負擔，但在異?；蚴鹿是闆r下傳送的工作量將大量增加。 按請求（問答或輪詢）傳輸模式 以主站作為發(fā)動通信的一方，由它向被控站發(fā)出命令。被控站則按主站的請求發(fā)送有關信息。 特點：工作方式靈活，主站可以要求子站傳送任何類信息。需要雙工信道。必須采取輔助措施以提高實時性。 實際使用時，將三種基本傳輸模式進行組合。例如：正常情況下以循環(huán)傳輸模式工作，當發(fā)生緊急情況時，例如斷路器事故跳閘，就插入事件發(fā)動傳輸事件信息。待緊急事件信息傳輸

4、完畢后，再回復正常的循環(huán)傳輸模式。 各種模式組合中，事件發(fā)送傳輸模式的優(yōu)先級最高，循環(huán)傳輸模式的優(yōu)先級最低。模擬信號數(shù)字化 脈沖編碼調制PCMPCM是一種用一組二進制數(shù)字代碼來代替連續(xù)信號的抽樣值，從而實現(xiàn)通信的方式。其特點：抗干擾能力強。因此，它在光纖通信、數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信中均得到了極為廣泛的應用。PCM包括三個過程：抽樣、量化和編碼，如圖所示。 抽樣量化編碼復用的概念復用與分用語音信號的復用波分復用光纖的衰減特性時分復用同步碼YC字1YC字2YC字3YX字1YX字2地址遙測1高8位 遙測1低8位 遙測2高8位 遙測2低8位監(jiān)督碼地址遙信18遙信916遙信1724遙信2532監(jiān)督碼數(shù)據(jù)

5、采集及監(jiān)視系統(tǒng)調度工作站幀：同步TDM和統(tǒng)計TDM對比數(shù)字調制與解調 利用二進制基帶信號改變載波的幅值（ASK)、頻率（FSK）或相位（PSK,DPSK），使信號適合在帶通信道上傳輸 載波：)sin(wtA數(shù)字數(shù)據(jù)的調制ASK波形及頻譜2FSK信號波形及頻譜2PSK信號波形及DPSK信號波形同步 同步是通信系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)。指收發(fā)兩端的時鐘頻率相同、相位一致的運轉。 包括： 碼元同步（位同步）：接收端為了把收到的信息檢出，必須知道每個碼元的起始時刻和停止時刻。在接收端產生碼元定時脈沖序列，此定時脈沖序列和發(fā)送端發(fā)過來的碼元脈沖序列同頻、同相 - 這種同步叫做位同步。 群同步：通信時，總是把若

6、干個碼元組成一組，若干個組又聯(lián)合成幀，在接收端必須知道這些組的起始時刻和終止時刻。在接收端產生和發(fā)送端一致的組和幀的定時脈沖序列，稱為組同步和幀同步，統(tǒng)稱群同步。群同步 實現(xiàn)：特定的數(shù)字序列用做同步碼。例如0111111111111111，1110101110010000 整步：接收端收到該同步碼后就可確定這是一幀的開始和結束，從而把本端的時序與發(fā)送端對齊，叫做整步。同步碼性能 漏同步 同步碼在傳輸過程中由于干擾，可能出現(xiàn)誤碼，失去其特定形式，接收端不能識別它是同步碼，從而不能整步。 希望盡可能少發(fā)生漏同步 假同步 信息序列的組合是隨機的，可能出現(xiàn)一段信息序列和同步碼相同，接收端收到后誤認為是

7、同步碼，進行了錯誤的整步。 希望盡可能少發(fā)生假同步幀同步保護 幀同步保護：為了改善同步系統(tǒng)的性能，要求盡量減小假同步和漏同步的影響，需要在同步系統(tǒng)中采取一些附加的措施。 常用的幀同步保護措施是將幀同步的工作狀態(tài)分為維持狀態(tài)和捕捉狀態(tài)兩種： 維持狀態(tài)：收發(fā)兩端已建立同步時，接收端只在每幀的固定時間段內（例如一幀的開始）接收同步碼，以維持同步，這個過程稱為“維持狀態(tài)”。由于只在幀同步碼出現(xiàn)的時刻接收同步碼，其他時間不接收同步碼，大大減小了發(fā)生假同步的概率。 捕捉狀態(tài)：當接收端連續(xù)多次收不到幀同步碼時，稱為失步。這是接收端應隨時對所有收到的信號進行檢查，判別它是否為同步碼。這個過程叫做捕捉狀態(tài)。在捕

8、捉狀態(tài)時要求可靠地判別出同步碼，防止假同步。 在接收端捕捉到同步碼并進行整步后，又轉入維持狀態(tài)。通信子網的組成廣域網互聯(lián)網廣域網的基本概念 廣域網的構成廣域網的構成 當主機之間的距離較遠時，例如，相隔幾百公里，甚當主機之間的距離較遠時，例如，相隔幾百公里，甚至幾千公里，局域網顯然就無法完成主機之間的通信至幾千公里，局域網顯然就無法完成主機之間的通信任務任務,這時就需要另一種結構的網絡，即廣域網。這時就需要另一種結構的網絡，即廣域網。 廣域網由一些結點交換機以及連接這些交換機的鏈路廣域網由一些結點交換機以及連接這些交換機的鏈路組成。結點交換機執(zhí)行將分組存儲轉發(fā)的功能，結點組成。結點交換機執(zhí)行將分

9、組存儲轉發(fā)的功能，結點之間都是點對點連接，但為了提高網絡的可靠性，通之間都是點對點連接，但為了提高網絡的可靠性，通常一個結點交換機往往與多個結點交換機相連。常一個結點交換機往往與多個結點交換機相連。 由于廣域網的造價較高，一般都是由國家或較大的電由于廣域網的造價較高，一般都是由國家或較大的電信公司出資建造。信公司出資建造。 廣域網是因特網的核心部分，其任務是通過長距離傳輸主機所發(fā)送的廣域網是因特網的核心部分，其任務是通過長距離傳輸主機所發(fā)送的數(shù)據(jù)。連接廣域網各結點交換機的鏈路都是高速鏈路，其距離可以是數(shù)據(jù)。連接廣域網各結點交換機的鏈路都是高速鏈路，其距離可以是幾千公里的光纜線路，也可以是幾萬公

10、里的點對點衛(wèi)星鏈路，通信容幾千公里的光纜線路，也可以是幾萬公里的點對點衛(wèi)星鏈路，通信容量必須足夠大。量必須足夠大。廣域網和局域網都是互聯(lián)網的重要組成構件。相距較遠的局域網通過廣域網和局域網都是互聯(lián)網的重要組成構件。相距較遠的局域網通過路由器與廣域網相連組成了一個覆蓋范圍很廣的互聯(lián)網。路由器與廣域網相連組成了一個覆蓋范圍很廣的互聯(lián)網。光纖通信簡介 光的折射，反射和全反射 光在不同物質中的傳播速度是不同的，所以光從一種物質射向另一種物質時，在兩種物質的交界面處會產生折射和反射。而且，折射光的角度會隨入射光的角度變化而變化。當入射光的角度達到或超過某一角度時， 折射光會消失，入射光全部被反射回來，這

11、就是光的全反射。不同的物質對相同波長光的折射角度是不同的(即不同的物質有不同的光折射率)，相同的物質對不同波長光的折射角度也是不同。光纖通訊就是基于以上原理而形成的。 光纖呈圓柱形，由纖芯、包層與涂層三大部分組成。 光信號在光纖內的傳輸原理PDH 現(xiàn)在通信中使用的時分多路復用傳輸系統(tǒng)主要有兩類，即準同步數(shù)字系列（PDH）和“同步數(shù)字系列”（Synchronous Digital Hierarchy），簡稱SDH。采用準同步數(shù)字系列（PDH）的系統(tǒng)，是在數(shù)字通信網的每個節(jié)點上都分別設置高精度的時鐘，這些時鐘的信號都具有統(tǒng)一的標準速率。盡管每個時鐘的精度都很高，但總還是有一些微小的差別。為了保證通

12、信的質量，要求這些時鐘的差別不能超過規(guī)定的范圍。因此，這種同步方式嚴格來說不是真正的同步，所以叫做“準同步”。 在以往的電信網中，多使用PDH設備。但PDH有其局限性。 SONET/SDH 1985年美國的ANSI提出了一個標準，稱作同步光網絡，英文縮寫是SONET（Synchronous Optical Network）。后來ITU-T也參與了該項工作，也提出了類似SONET的標準，稱它為同步數(shù)字序列，英文縮寫為SDH（Synchronous Digital Hierarchy）。 SONET/SDH是使用時分復用的同步光網絡，用一個主時鐘同步網絡中的所有時鐘，數(shù)據(jù)速率由低速到高速的時分復用

13、形成層次結構。SONET/SDH是以光纖作為傳輸媒體的廣域網，是電信運營商的基礎網絡。許多其他網絡的數(shù)據(jù)例如IP分組或ATM信元均通過SONET/SDH網絡來傳輸。SDH的組網T型網環(huán)帶網 TM終端復用器 終端復用器用在網絡的終端站點上，例如一條鏈的兩個端點上，它是一個雙端口器件， 它的作用是將支路端口的低速信號復用到線路端口的高速信號STM-N中，或從STM-N的信號中分出低速支路信號。請注意它的線路端口輸入/輸出一路STM-N信號，而支路端口卻可以輸出/輸入多路低速支路信號。在將低速支路信號復用進STM-N幀（將低速信號復用到線路）上時，有一個交叉的功能。 ADM：分/插復用器 分/插復用

14、器用于SDH傳輸網絡的轉接站點處，例如鏈的中間結點或環(huán)上結點，是SDH網上使用最多、最重要的一種網元，它是一個三端口的器件， ADM是SDH最重要的一種網元，通過它可等效成其它網元，即能完成其它網元的功能，例如：一個ADM可等效成兩個TM。 ADM有兩個線路端口和一個支路端口。兩個線路端口各接一側的光纜（每側收/發(fā)共兩根光纖），為了描述方便我們將其分為西（W）向、東向（E）兩個線路端口。ADM的作用是將低速支路信號交叉復用進東或西向線路上去，或從東或西側線路端口收的線路信號中拆分出低速支路信號。另外，還可將東/西向線路側的STM-N信號進行交叉連接，例如將東向STM-16中的3#STM-1與西

15、向STM-16中的15#STM-1相連接。 REG：再生中繼器 光傳輸網的再生中繼器有兩種，一種是純光的再生中繼器，主要進行光功率放大以延長光傳輸距離；另一種是用于脈沖再生整形的電再生中繼器，主要通過光/電變換、電信號抽樣、判決、再生整形、電/光變換，以達到不積累線路噪聲，保證線路上傳送信號波形的完好性。此處講的是后一種再生中繼器，REG是雙端口器件，只有兩個線路端口W、E。如圖4-3所示： 廣域網的交換技術 交換技術是網絡中的一個十分重要的問題。 為什么要用交換設備？ 簡單的講就是為了節(jié)省傳輸線路。在交換網中，有些交換節(jié)點直接和端設備相連（例如計算機或電話），有些僅僅是為了路由。如下圖所示，

16、如果不使用交換設備，10個設備之間采用直接相連，則共需10*9/2=45條鏈路。在廣域網和互聯(lián)網中，將所有端設備直接相連是不可能的。交換節(jié)點將兩個或多個節(jié)點連接在一起，在他們之間產生臨時連接。交換方式 根據(jù)交換的方式和交換的特點，可以把交換分為3類： 電路交換 報文交換 分組交換（包交換） 數(shù)據(jù)報 虛電路。交換網 用數(shù)據(jù)交換的形式來命名網絡，就得到電路交換網，分組交換網和報文交換網。其中分組交換網又進一步劃分兩個子類：虛電路網和數(shù)據(jù)報網。電話網采用電路交換，電報網是報文交換，計算機網絡采用包交換。目前報文交換已基本不用，因此重點討論電路交換和分組交換。 電路交換網 電路交換網組成電路交換網組成

17、 電路交換網是由物理鏈路連接的一組交換機組成的，每條鏈路用FDM或TDM劃分成n個通道，每次連接僅使用每條鏈路上的一專用通道。 工作的三個階段工作的三個階段 連接建立階段： 在雙方通信之前，交換機之間建立專用通道的過程。網絡為該鏈接建立一條專用的通道，分配網絡資源，例如為該信道分配一條FDM信道或一個TDM時隙，占用交換機的相應端口。 數(shù)據(jù)傳輸階段：在通話過程中，這個信道所占用的網絡資源始終沒有釋放。 拆除階段：網絡釋放原先為該信道分配的資源。例題4-1 一個小例子。8臺電話機通過一個小型電路交換網絡連接。信道為4-kHz的音頻信道。假設鏈路均采用頻分復用FDM，可以同時容納最大兩個音頻信道。

18、因此，每條鏈路（或者連接）的帶寬為8kHz。如圖4-3。電話1與電話7相連，2和5相連，3和8相連，4和6相連。如果有新的終端加入，連接則可能發(fā)生變化。交換機控制連接。例題4-2 某公司兩個距離很遠的辦公室的計算機通過電路交換網絡相連。相連的鏈路是租借某通信服務商的專用線路。網絡中有兩個4 8的交換機（4個輸入，8個輸出）。對于每一個交換機，8個輸出中有4個輸出與輸入交叉連接，以完成同一個辦公室里的計算機之間的通信。電路交換網的特點 低效 連接期間信道容量固定且專用（必須為建立的連接保留交換容量和信道容量） 如果無數(shù)據(jù)，浪費信道容量 建立 (連接) 花費時間（必須有足夠時間完成容量分配和路由選

19、擇） 一旦連接, 傳送是透明的 為話音通信量 (電話)開發(fā)分組交換網絡 分組交換網絡又稱為無連接網絡。無連接是與電路交換相比較而言。交換機并沒有關于連接狀態(tài)的信息。沒有電路建立和拆除階段。 分組交換網數(shù)據(jù)報交換網絡 數(shù)據(jù)報網絡 數(shù)據(jù)切割成分組數(shù)據(jù)切割成分組：數(shù)據(jù)需要分成固定長度或邊長度的分組。長度由所使用的網絡和規(guī)約決定。 每個分組獨立處理每個分組獨立處理：每個分組稱為數(shù)據(jù)報。交換機稱為路由器。在目的端，由于各分組經由的路由不同，各路由的負荷不同，到達目的節(jié)點的順序可能與源端發(fā)出順序不同。分組也可能在傳輸中丟失。 數(shù)據(jù)報報頭中包含有數(shù)據(jù)報的目的地址。 當路由器收到數(shù)據(jù)報時，路由器檢測該地址，在路由表里根據(jù)目的地址找到發(fā)送的端口。 注：這個地址跟虛電路交換網絡的地址不同，在整個