电力系统通信技术

• ADM：分/插复用器
– 分/插复用器用于SDH传输网络的转接站点处， 例如链的中间结点或环上结点，是SDH网上使 用最多、最重要的一种网元，它是一个三端口 的器件， ADM是SDH最重要的一种网元，通 过它可等效成其它网元，即能完成其它网元的 功能，例如：一个ADM可等效成两个TM。
• ADM有两个线路端口和一个支路端口。两个线路 端口各接一侧的光缆（每侧收/发共两根光纤）， 为了描述方便我们将其分为西（W）向、东向（E） 两个线路端口。ADM的作用是将低速支路信号交 叉复用进东或西向线路上去，或从东或西侧线路
端口收的线路信号中拆分出低速支路信号。另外， 还可将东/西向线路侧的STM-N信号进行交叉连接， 例如将东向STM-16中的3#STM-1与西向STM-16 中的15#STM-1相连接。
• REG：再生中继器
– 光传输网的再生中继器有两种，一种是纯光的 再生中继器，主要进行光功率放大以延长光传 输距离；另一种是用于脉冲再生整形的电再生 中继器，主要通过光/电变换、电信号抽样、判 决、再生整形、电/光变换，以达到不积累线路 噪声，保证线路上传送信号波形的完好性。此 处讲的是后一种再生中继器，REG是双端口器 件，只有两个线路端口—W、E。如图4-3所示：
• 自发（事件发动）传输模式
– 只有在发送端发生事件时（例如开关位置状态 发生变化，测量值的变动超过预订范围）才向 主站发送信息。
– 特点：适合实时性要求。需要双向信道。反向 信道用于传送“肯定确认”或“否定确认”信 息。系统正常运行时减轻了信道的负担，但在 异常或事故情况下传送的工作量将大量增加。
– 信源编码器：将信息源送出的模拟信号或数字 信号转换为合乎要求的数码序列；
– 信道编码器：给数码序列按一定规则加入监督 码元，使接收端能发现或纠正错误码元，用于 提高传送的可靠性。
• 调制器：将信道编码器输出的数码变换为适合于 在信道上传送的调制信号后再送往信道；
• 解调器：将收到的调制信号变换为数字序列。解 调是调制的逆变换。
– 希望尽可能少发生假同步
帧同步保护
• 帧同步保护：为了改善同步系统的性能，要求尽 量减小假同步和漏同步的影响，需要在同步系统 中采取一些附加的措施。
• 常用的帧同步保护措施是将帧同步的工作状态分 为维持状态和捕捉状态两种：
– 维持状态：收发两端已建立同步时，接收端只在每帧 的固定时间段内（例如一帧的开始）接收同步码，以 维持同步，这个过程称为“维持状态”。由于只在帧 同步码出现的时刻接收同步码，其他时间不接收同步 码，大大减小了发生假同步的概率。
T型网
环带网
• TM——终端复用器 终端复用器用在网络的终端 站点上，例如一条链的两个端点上，它是一个双 端口器件，
• 它的作用是将支路端口的低速信号复用到线路端 口的高速信号STM-N中，或从STM-N的信号中分 出低速支路信号。请注意它的线路端口输入/输出 一路STM-N信号，而支路端口却可以输出/输入多 路低速支路信号。在将低速支路信号复用进STMN帧（将低速信号复用到线路）上时，有一个交 叉的功能。
– 群同步：通信时，总是把若干个码元组成一组，若干 个组又联合成帧，在接收端必须知道这些组的起始时 刻和终止时刻。在接收端产生和发送端一致的组和帧 的定时脉冲序列，称为组同步和帧同步，统称群同步。
群同步
• 实现：特定的数字序列用做同步码。例如 0111111111111111，1110101110010000
主机
主机
广域网
主机
传输线路
路由器 通信子网
主机
主机
主机 星型局域网
互联网
广域网 传输线路
路由器
服务器 总线局域网
广域网的基本概念
• 广域网的构成
– 当主机之间的距离较远时，例如，相隔几百公里，甚 至几千公里，局域网显然就无法完成主机之间的通信 任务,这时就需要另一种结构的网络，即广域网。
– 广域网由一些结点交换机以及连接这些交换机的链路 组成。结点交换机执行将分组存储转发的功能，结点 之间都是点对点连接，但为了提高网络的可靠性，通 常一个结点交换机往往与多个结点交换机相连。
交换方式
• 根据交换的方式和交换的特点，可以把交 换分为3类：
– 电路交换 – 报文交换 – 分组交换（包交换）
• 数据报 • 虚电路。
交换网
• 用数据交换的形式来命名网络，就得到电路交换 网，分组交换网和报文交换网。其中分组交换网 又进一步划分两个子类：虚电路网和数据报网。 电话网采用电路交换，电报网是报文交换，计算 机网络采用包交换。目前报文交换已基本不用， 因此重点讨论电路交换和分组交换。
光纤通信简介
• 光的折射，反射和全反射
– 光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光 从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的 交界面处会产生折射和反射。而且，折射光的 角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光 的角度达到或超过某一角度时， 折射光会消失， 入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。 不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的 (即不同的物质有不同的光折射率)，相同的物 质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通 讯就是基于以上原理而形成的。
– 捕捉状态：当接收端连续多次收不到帧同步码 时，称为失步。这是接收端应随时对所有收到 的信号进行检查，判别它是否为同步码。这个 过程叫做捕捉状态。在捕捉状态时要求可靠地 判别出同步码，防止假同步。
– 在接收端捕捉到同步码并进行整步后，又转入 维持状态。
通信子网的组成
主机
传输线路
路由器 通信子网
• 整步：接收端收到该同步码后就可确定这 是一帧的开始和结束，从而把本端的时序 与发送端对齐，叫做整步。
同步码性能
• 漏同步
– 同步码在传输过程中由于干扰，可能出现误码， 失去其特定形式，接收端不能识别它是同步码， 从而不能整步。
– 希望尽可能少发生漏同步
• 假同步
– 信息序列的组合是随机的，可能出现一段信息 序列和同步码相同，接收端收到后误认为是同 步码，进行了错误的整步。
– 由于广域网的造价较高，一般都是由国家或较大的电 信公司出资建造。
• 广域网是因特网的核心部分，其任务是通过长距离传输主机所发送的 数据。连接广域网各结点交换机的链路都是高速链路，其距离可以是 几千公里的光缆线路，也可以是几万公里的点对点卫星链路，通信容 量必须足够大。
• 广域网和局域网都是互联网的重要组成构件。相距较远的局域网通过 路由器与广域网相连组成了一个覆盖范围很广的互联网。
抽样
量化
编码
复用的概念
复用与分用
语音信号的复用
波分复用 光纤的衰减特性
时分复用
数据采 集及监 视系统
帧： 同步码 YC字1 YC字2 YC字3 …
调度 工作站
YX字1 YX字2 …
地址 遥测1高8位 遥测1低8位 遥测2高8位 遥测2低8位 监督码
地址
遥信1~8 遥信9~16 遥信17~24 遥信25~32 监督码
• 各种模式组合中，事件发送传输模式的优 先级最高，循环传输模式的优先级最低。
模拟信号数字化
• 脉冲编码调制PCM
PCM是一种用一组二进制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实 现通信的方式。其特点：抗干扰能力强。因此，它在光纤通信、数字微 波通信、卫星通信中均得到了极为广泛的应用。
PCM包括三个过程：抽样、量化和编码，如图所示。
电力系统数据传输的基本模式
• 循环传输模式 • 自发（事件发动）传输模式 • 按请求（问答）传输模式
发送站按规定的顺序，周期性的把信息送给主 站。
– 特点：无需主站干预，传输信息时只需使用单 向信道。当传输过程中某些数据出现差错时， 由于是循环传送，因而可以用下一个循环中的 数据来补救。信道利用率不高。
• 在以往的电信网中，多使用PDH设备。但PDH有 其局限性。
SONET/SDH
• 1985年美国的ANSI提出了一个标准，称作同步光网络， 英文缩写是SONET（Synchronous Optical Network）。 后来ITU-T也参与了该项工作，也提出了类似SONET的标 准，称它为同步数字序列，英文缩写为SDH （Synchronous Digital Hierarchy）。
同步TDM和统计TDM对比
数字调制与解调
• 利用二进制基带信号改变载波的幅值（ASK)、 频率（FSK）或相位（PSK,DPSK），使信号 适合在带通信道上传输
• 载波：
Asin(wt )
数字数据的调制 ASK波形及频谱
2FSK信号波形及频谱
2PSK信号波形及DPSK信号波形
振幅
单极性不归零码
广域网的交换技术
• 交换技术是网络中的一个十分重要的问题。 • 为什么要用交换设备？
– 简单的讲就是为了节省传输线路。在交换网中，有些 交换节点直接和端设备相连（例如计算机或电话）， 有些仅仅是为了路由。如下图所示，如果不使用交换 设备，10个设备之间采用直接相连，则共需10*9/2=45 条链路。在广域网和互联网中，将所有端设备直接相 连是不可能的。交换节点将两个或多个节点连接在一 起，在他们之间产生临时连接。
时间
√
1100101011
同步
• 同步是通信系统的一个重要环节。指收发两端的 时钟频率相同、相位一致的运转。
• 包括：
– 码元同步（位同步）：接收端为了把收到的信息检出， 必须知道每个码元的起始时刻和停止时刻。在接收端 产生码元定时脉冲序列，此定时脉冲序列和发送端发 过来的码元脉冲序列同频、同相 --- 这种同步叫做位同 步。
• 信道：传送信号的媒质。
• 译码器：包括信道译码器和信源译码器
– 信道译码器：对收到的数码序列进行检错或纠错译码；
– 信源译码器：把经信道译码器处理后的数字序列变换 为相应的信号送给受信者。
• 同步：用于保证收发两端步调一致，协同 工作。是通信系统中不可缺少的组成部分， 如收发两端失去同步，数字通信系统会出 现大量错码，无法正常工作。
√
时间
1100101011
振幅
曼彻斯特码
时间
1100101011
振幅
FSK载波 振幅
时间
√
振幅 FSK
时间
√
1100101011
振幅
差分曼彻斯特码
时间
1100101011
振幅
ASK载波
√
时间
振幅
PSK（DPSK）载波
时间
√
振幅
PSK
√
时间
1100101011
振幅
ASK
√
时间
1100101011
振幅
DPSK
• 按请求（问答或轮询）传输模式
– 以主站作为发动通信的一方，由它向被控站发 出命令。被控站则按主站的请求发送有关信息。
– 特点：工作方式灵活，主站可以要求子站传送 任何类信息。需要双工信道。必须采取辅助措 施以提高实时性。
• 实际使用时，将三种基本传输模式进行组 合。例如：正常情况下以循环传输模式工 作，当发生紧急情况时，例如断路器事故 跳闸，就插入事件发动传输事件信息。待 紧急事件信息传输完毕后，再回复正常的 循环传输模式。
• SONET/SDH是使用时分复用的同步光网络，用一个主时 钟同步网络中的所有时钟，数据速率由低速到高速的时分 复用形成层次结构。SONET/SDH是以光纤作为传输媒体 的广域网，是电信运营商的基础网络。许多其他网络的数 据例如IP分组或ATM信元均通过SONET/SDH网络来传输。
SDH的组网
• 光纤呈圆柱形，由纤芯、包层与涂层三大部分组成。
• 光信号在光纤内的传输原理
PDH
• 现在通信中使用的时分多路复用传输系统主要有 两类，即准同步数字系列（PDH）和“同步数字 系列”（Synchronous Digital Hierarchy），简称 SDH。采用准同步数字系列（PDH）的系统，是 在数字通信网的每个节点上都分别设置高精度的 时钟，这些时钟的信号都具有统一的标准速率。 尽管每个时钟的精度都很高，但总还是有一些微 小的差别。为了保证通信的质量，要求这些时钟 的差别不能超过规定的范围。因此，这种同步方 式严格来说不是真正的同步，所以叫做“准同 步”。
电力系统通信
第一章 概述
• 数字通信系统模型
信宿
信 源 译 码
器
信 道 译 码
器
串 并 转
换
解 调 器
干扰 信道
调 制 器
并 串 转
换
信 道 编 码
器
信 源 编 码
器
信 源
同步
同步
• 信息源：产生和发出消息的人或机器，发 出的消息可以是连续的或离散的。
• 受信者：接受消息的人或机器。
• 编码器：包括信源编码器和信道编码器。