电力系统通信(完整版)

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• 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
电力系统信息传输的基本工作模式
• 循环传输模式
– 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。
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。
SDH的组网
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。
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
时间

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1
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0
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0
1
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1
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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。 – 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。
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:
A sin(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 振幅
FSK载波 振幅
• 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。
• 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:
群同步
• 实现:特定的数字序列用做同步码。例如 0111111111111111,1110101110010000 • 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
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。
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)。 • 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。
电力系统通信
第一章 概述
• 数字通信系统模型
干扰 信 源 译 码 器 信 道 译 码 器 串 并 转 换 解 调 器 调 制 器 并 串 转 换 信 道 编 码 器 信 源 编 码 器 信 源
信宿
信道
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。
– 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。
– 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。
• 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。 – 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:
• 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。
• 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。 • 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。
• 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Baidu Nhomakorabea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”。 • 在以往的电信网中,多使用PDH设备。但PDH有 其局限性。
• 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。
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 地址 地址 YC字1 YC字2 YC字3 … YX字1
调度 工作站
YX字2 监督码 监督码 …
遥测1高8位 遥测1低8位 遥测2高8位 遥测2低8位 遥信1~8 遥信9~16 遥信17~24 遥信25~32
同步TDM和统计TDM对比
– 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。
电力系统数据传输的基本模式
– 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。 • 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
通信子网的组成
主机 主机 传输线路
路由器 通信子网
主机
广域网
主机 主机 传输线路
路由器 通信子网
主机
互联网
广域网 主机
传输线路
服务器
星型局域网 路由器 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。 – 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。
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。
抽样
量化
编码
复用的概念
复用与分用

时间 时间

1
1
0
0
1
0
1
0
1
1
振幅 FSK
振幅
曼彻斯特码
时间 时间

1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1
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0
0
1
0
1
0
1
1
振幅
差分曼彻斯特码
振幅
PSK(DPSK)载波
时间
时间

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振幅 振幅 ASK载波
PSK

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振幅
ASK
振幅
DPSK

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