信息与通信电力系统通信基础

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三.数字基带传输
(1)基带信号 定义:在数字通信系统中,经过编 码处理的信号 (2)数字基带传输 如果系统使用的信道是可以直接 传输数字脉冲信号的数字信道,则不 需调制就可直接传送基带信号,这时 称为数字基带传输。
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(3)基带传输系统的基本结构
基 带 脉 冲 输入
发 送 滤 波器
信道
接 收 滤波器
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4)2FSK调制器的工作原理
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3.数字调相
1)定义:以基带信号控制载波相位,使之作 不连续的有限取值的变化,称为数字调相即相 移键控PSK 在中高速的数据传送中, PSK被广泛采用 2) 2PSK:用相位选择法产生二相调相信号
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2PSK:图(b)
3)相对调相法2DPSK

相对调相(图c): 利用载波信号相位的 相对变化来表示数字 信号的“1”和“0”
电流I<阈值电流Ith时 ,不起振
电流I>Ith时 ,发出激光
b . 温度特性和老化特性: 温度升高,特性曲线右移
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c 光谱特性
电流I<Ith时 ,光谱宽,发荧光
电流I>Ith时 ,光强激增,光 谱变 窄,发出激光
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2)发光二极管LED 主要工作特性 a P-I特性:无光学谐振腔,无电流阀值。
帧同步的引入时间要短 同步系统的工作要稳定可靠 在一定的同步引入时间要求下,同步码组的 长度应最短
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4.网同步
1)网同步的概念:在网内建立一个统一 的时钟标准,使各站、各设备都具有共 同的时钟信号 2)实现网同步的方法
全网同步系统 准同步系统
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15.3 光纤通信


一.光纤通信系统的基本组成
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2.信道编码
1)基本思想:通过对信息序列作某种变换, 使原来彼此独立,相关性极小的信息码元产生 某种相关性,从而在接收端利用这种规律检查 或纠正信息码元传输中所造成的差错 。 实质是采用冗余技术来检错、纠错。 2)传输差错类型
随机差错 :由随机噪声的干扰引起。差错是互相 独立、互不相关的。 突发差错:由突发噪声的干扰引起。一般成串出 现,错误与错误之间有关联。
“1”码:载波相位改变π “0”码:载波相位不变
差分频移键控
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五.同步技术
定义:同步就是使系统的收发两端在 时间上保持步调一致 同步系统的主要指标

同步误差小 相位抖动小 重复建立时间短 保持时间长
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1.载波同步
1)定义:在采用相干解调的系统中,接 收端必须拥有一个与发送载波同频同相 的相干载波,这就是载波同步 2)接收端恢复相干载波的方法
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4)2ASK调幅波的波形
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2.数字调频 1)定义:用基带信号控制载波频率,即 用2个不同频率的载波信号分别代表基带 信号中的“0”和“1”,称为数字调频或频 移键控FSK 。 2)根据前后比特相应的载波相位是否连 续,可将数字调频分为相位不连续的频 移键控和相位连续的频移键控。 3)最基本的二进制频移键控(2FSK) 是一种相位不连续的频移键控 。

最基本的数字调制技术
幅移键控ASK (Amplitude Shift Keying)、
频移键控FSK (Frequency Shift Keying) 相移键控PSK (Phase Shift Keying)
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1.数字调幅
1)定义:以基带数字信号控制载波的幅 度称为数字调幅(即幅移键控)ASK 2)数字调幅的原理框图
控制、管理信息 网络建设可利用电力系统独特的资源: 如载波通信
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(2)电力系统通信的定义

电力系统通信,也称电力通信,是指 利用有线电、无线电、光波等各种方 式,对电力系统运行、经营和管理等 活动中需要的各种信息(符号、文字、 声音、图像、数据等)进行传输和交 换的电力系统专用通信。
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(3)电力系统通信的分类
15.1 概述
1.

通信系统的基本组成及其分类
(1) 通信系统的基本组成 通信系统由信源、信宿、处理信息的各种设 备及信道共同组成
噪声
信源
发信设备
信道
收信设备
信宿
1
(2) 通信系统的分类 根据传输媒质的不同

电缆通信
有线通信系统 电力载波通信
光纤通信
微波中继通信 卫星通信
无线通信系统
移动通信 无线寻呼通信
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根据传输信号的不同
模拟通信系统:传送连续信号,信号频 谱窄,抗干扰能力差 数字通信系统:传输离散信号,要求 带宽大,信号质量高
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2.电力系统通信的作用和特点
(1)电力系统通信的特点
实时性好:传输延时小
可靠性高:不能出错
连续性强:电力生产的不间断性
信息量较少:传送电力系统的生产、
二者的关系如下
Rb = RB Log2 N
N—N进制
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2)误码率
定义:在数字传输过程中接收错误的码元数 (或比特数)占传输总码元数(或总比特数) 的比率。是衡量通信质量好坏的重要指标 。 用Pec及 Peb 分别代表误码率和误比特率
接收错误码元数 Pec= ×100% 传输总码元数
Peb= 接收错误比特数 ×100%
传输总比特数
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3)信噪比
定义:信号平均功率PS和噪声平均功 率PN之比 S/N = PS/PN 若用分贝值表示,则为 SNR=10 lg( PS/PN ) SNR越大越好
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二.信源编码与信道编码
1.信源编码 1)定义:在数字通信系统中,当信源 发出的信号为模拟量时,将模拟信号变 换为数字信号的过程。 2)最基本的编码方法是脉冲编码调制 PCM 3)编码过程: 抽样、量化、编码 。

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三个低损耗窗口:0.85 µ m,1.31 µ m, 1.55 µ m
1.55µm 损耗为: 0.2dB/km
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2)色散特性

色散:光信号中含有多个不同频率或不同模式 的成分。信号在光纤中传输时,其不同成份 将因群速(即等效折算到光纤轴向的速度) 不同而需要不同的传输时间,导致组成光信 号的各个成份到达光纤终端(接收端)的时 间有先有后,使接收波形产生畸变。 后果:影响速率、通信容量,造成误码。

LD的数字调制原理
LD的驱动电路上加一个正向偏置电流Ib , Ib稍 小于Ith, ,正向偏置电流Ib 的作用: 缩短光电响应时间 平衡数字图形对功率的影响
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2.

光发射机
1)光发射机基本原理 光发射机的作用是把电端机送来的电信号转 变为相应的光信号,送入光纤线路。
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2) 对光发射机的性能要求 a 输出光功率合适 。 b 消光比小
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2.光缆
1)为了满足工程需要,通常将若干
根光纤与强度构件一起组合成光缆 。 2)电力特殊光缆
1 地线复合光缆OPGW 2 全介质自承式光缆ADSS 3 金属铠装自承式光缆MASS 4 地线缠绕式光缆GWWOP
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光纤、光缆
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3.光波在光纤中的传播

1)注入纤芯的光波,在满足一定条件时, 将在纤芯和包层的交界面反复产生全反射 。
1. 光纤通信使用的信息载体是一种具有稳定 偏振态的相干光,波长0.8~1.7 µ m 2. 光的波长范围处于近红外区
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3.
强度调制—直接检测系统IM-DD
发送光端机—光缆—接收光端机
LD
PIN
电 端 机
光 端 机
光 中
光纤
继 器
光纤
光 端 机
电 端 机
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4. 光纤通信的特点
1)传输频带宽,通信容量大 2)损耗低 ,无中继距离长(100km以上) 3)不受电磁干扰 4)设备相对简单 5)保密性能好 6)光缆尺寸小、重量轻,便于敷设,而且制 作光纤纤芯的原料SiO2异常丰富

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b 调制特性
调制频率受到较大的限制,只能在 300MHz以下。 c 温度特性 LED无阈值,温度特性较好,一般 不需加温控。 d 与光纤的耦合效率较低。
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3)光源的数字调制

光源的调制,是指将基带电信号加载到光波 上去 直接调制 (内调制)
间接调制 (外调制) 数字调制 模拟调制
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直接提取法(自同步法) 插入导频法(外同步法 )
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2.位同步
1)定义:在接收端产生接收码元重复频 率和相位一致的定时脉冲序列的过程, 称位同步,也称码元同步。 2)实现位同步的方法
直接法(自同步法) 导频法(外同步法 )
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3.帧同步
数字信息:字-句-帧-群 1)帧同步问题实质上是对帧同步标志 (码组)进行检测的问题 2)帧同步系统提出的基本要求
(4) 解调、信道解码、信源解码:与数字调 制、信道编码、信源编码的过程正好相反。
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2.数字通信的特点
抗干扰能力强 传输质量与通信线路长度无关 便于建立综合各种业务的数字通信网 便于加密处理 设备功耗低、体积小、可靠性高

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3.数字通信系统的主要性能指标

1) 传输速率 信息速率(比特率) Rb :单位时间内传 输的比特数,单位为比特/秒(b/s或bps) 码元速率(调制速率)RB :单位时间内 传输的码元数,单位为波特(Buad)
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3.我国电力通信网的现状及发展
(1)我国电力通信网的现状




数字微波干线网 光纤通信 电力线载波通信 卫星通信 移动通信 自动交换网 数字数据网DDN
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(2)我国电力通信网的发展目标
积极引进当今先进的技术及设备 同步数字系列SDH、ATM、GSMl、CDMA 将电力通信主干网改造成以光纤为主微波为 辅的网络 加快开发电信新业务 可视图文、电子信箱、传真存贮转发、 电 子数据交换、多媒体服务
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3)偏振特性
单模光纤特有的一种特性 纤芯的椭圆变形,或光纤受到非对称外应 力而产生弹性变形时,单模传输中二个正 交的基模分量将具有不等的相位常数。这 种现象叫做光纤的双折射 。双折射会导致 偏振色散,还会使输出偏振态不稳定。

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三.光源和光发射机


1. 光源
1)半导体激光器LD 半导体激光器即激光二极管, LD的主要工作特性 : a . P-I特性:
系统通信(站间通信):主要提供发电厂、 变电站、调度所、公司本部等单位之间的 通信连接。
厂站通信(站内通信):通信范围仅限于 厂、站内部,主要任务是满足厂站内部生 产、管理信息的传递和共享,对于抗干扰、 可靠性等有一些特殊的要求。
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(4)电力系统通信的主要作用
1)
传送电力系统远动、保护、负荷控 制、调度自动化等运行、控制信息, 保障电网的安全、经济运行; 2) 传输各种生产指挥和企业管理信息, 为电力系统的现代化提供高速率、高 可靠的信息传输网络.

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15.2 数字通信原理
一.数字通信系统的基本概念
1.数字通信系统基本模型
数字通信系统是利用数字信号来传递 信息的系统。
数字传输系统
信 源
信 源 编 码
信 道 编 码
数 字 调 制
信 道
数 字 解 调
信 道 解 码
信 源 解 码
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信 宿
噪声源
(1)信源编码: 包括模拟信号的数字化和信源压缩编码 (2)信道编码: 解决数字通信的传输可靠性问题,也称作 抗干扰编码或抗错编码。
全"0" 码时的平均光功率P0 Ext 全"1" 码时的平均光功率P 1
c 调制特性好。
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四.光检测器和光接收机
1.光检测器
光检测:光电转换器件,以PN结的光电效应为 基础制作 的。 1)PIN光电二极管 结构:在高掺杂的P型半导体和N型半导体间, 生长一层低掺杂的N型半导体 ,构成P+/I /N+ 三层结构,PN结区宽,提高接收灵敏度。 PIN管的性能 指标 a 截止波长λc :波长小于λc的光波才能为PIN管 所接收。
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二.光纤光缆
1.光纤的结构与分类
1)光纤的外部结构 :纤芯(n1)、包层(n2)、 涂层、塑料护套。 n1>n2 ,相对折射率差 (n1 n2 ) / n1 1%
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2)光纤的分类
根据纤芯n1 不同 阶跃光纤 渐变光纤
光纤中传输光波模式的不同 单模光纤 多模光纤
(3)数字调制 基带信号:经过编码的信号序列,是连续 的数字 脉冲流 基带传输:数字基带信号直接在双绞线等 电介质中传输
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频带传输(或调制传输):大部分情况下数字 基带信号必须经过载波调制,并且把信号频 谱搬移到相应的频带,才能实现信息的传输

调制解调器MODEM (ModulatorDemodulator):专门用于完成调制和频谱搬移 的工作的
抽 样 判 决 器
基带脉 冲输出
噪声源
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(4)传输码型的选择
码型中低频、高频分量要尽量少
码型中没有直流分量
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码型中应包含定时信息,以便于 定时提取 码型具有一定的检错能力
码型变换设备简单、易于实现
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四.数字调制与解调
定义:用基带信号控制高频载波,把基带数 字信号变换为频带数字信号的过程称为数 字调制:反之,把频带数字信号还原成基 带数字信号的反变换则称为数字解调
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