電力系統通信概述和光纖通信介紹

1、電力系統通信概述和光纖通信介紹第一章 概述數字通信系統模型信息源：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字信號轉換為合乎要求的數碼序列；信道編碼器：給數碼序列按一定規(guī)則加入監(jiān)督碼元，使接收端能發(fā)現或糾正錯誤碼元，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：對收到的數碼序列進行檢錯或糾錯譯碼；信

2、源譯碼器：把經信道譯碼器處理后的數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，協同工作。是通信系統中不可缺少的組成部分，如收發(fā)兩端失去同步，數字通信系統會出現大量錯碼，無法正常工作。電力系統數據傳輸的基本模式循環(huán)傳輸模式自發(fā)（事件發(fā)動）傳輸模式按請求（問答）傳輸模式電力系統信息傳輸的基本工作模式循環(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據出現差錯時，由于是循環(huán)傳送，因而可以用下一個循環(huán)中的數據來補救。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（例如開關位置狀態(tài)發(fā)生變化，測量

3、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完畢后，再回復正常的循環(huán)傳輸模式。

4、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。模擬信號數字化脈沖編碼調制PCMPCM是一種用一組二進制數字代碼來代替連續(xù)信號的抽樣值，從而實現通信的方式。其特點：抗干擾能力強。因此，它在光纖通信、數字微波通信、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)督碼數據采集及監(jiān)視系統調度工作站幀：同步TDM和統計

5、TDM對比數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：數字數據的調制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，總是把若干個碼元組成一組，若干個組又聯合成幀，在接收端必須知道這些組的起始時刻和

6、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，統稱群同步。群同步實現：特定的數字序列用做同步碼。例如11111，11100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，可能出現一段信息序列和同步碼相同，接收端收到后誤認為是同步碼，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：為了改善同步系統的性能，要求盡量減小假同步和漏同步的影響，需

7、要在同步系統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網廣域網的基本概念廣域

8、網的構成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任務,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組成。結點交換機執(zhí)行將分組存儲轉發(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)送的數據。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，也可以是幾萬公里的點對點衛(wèi)星鏈路，通信容量必須足夠大。廣域網和局域網都是

9、互聯網的重要組成構件。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

10、在通信中使用的時分多路復用傳輸系統主要有兩類，即準同步數字系列（PDH）和“同步數字系列”（Synchronous Digital Hierarchy），簡稱SDH。采用準同步數字系列（PDH）的系統，是在數字通信網的每個節(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/SDH1985年美國的ANSI提出了一個標準，稱作同步光網絡，英文縮寫

11、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，數據速率由低速到高速的時分復用形成層次結構。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。許多其他網絡的數據例如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

12、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

13、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

14、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 ），有些僅僅是為了路由。如下圖所示，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（

15、包交換）數據報虛電路。交換網用數據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：虛電路網和數據報網。 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 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

16、機的相應端口。數據傳輸階段：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 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。因此，每條鏈路（或者連接）的帶寬為8kHz。如圖4-3。 1與 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

17、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）如果無數據，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擇）一旦連接, 傳送是透明的為話音通信量 ( )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。 分組交換網數據報交換網絡數據報網絡數據切割成分組：數據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：每個分組稱為數據報。交換機稱

18、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。 數據報報頭中包含有數據報的目的地址。當路由器收到數據報時，路由器檢測該地址，在路由表里根據目的地址找到發(fā)送的端口。注：這個地址跟虛電路交換網絡的地址不同，在整個數據報傳送的過程中保持不變。 網絡層實現數據報交換 上層規(guī)約完成目的端收到的各數據報的排序及丟失報文的重發(fā)數據報交換網絡特點 網絡資源按需分配數據報交換網絡中，資源按需分配。不為每個分組專門分配資源（帶寬），也沒有專門的分組信息處理時間。資源分配原則是先到先得。當交換機接到分組后，不管分組的源端是哪個節(jié)點，目的端是哪個節(jié)點。只要交換機正在處理別的分組，剛到達的分組就需要等待。效率數據報網絡的效率高于電路交換