講義(繼保通信)

第一部分相關(guān)知識(shí)模塊五電力通訊課題一電力通信的概念概述現(xiàn)代通信就是數(shù)字通信與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，在數(shù)字通信系統(tǒng)中同樣融合的計(jì)算機(jī)硬、軟件技術(shù)，這樣的系統(tǒng)我們可以稱(chēng)之為現(xiàn)代通信系統(tǒng)?，F(xiàn)代通信網(wǎng)由于融入大量的計(jì)算機(jī)技術(shù)，把通信網(wǎng)推向一個(gè)新時(shí)代，綜合化、智能化已經(jīng)成為其最主要的特征。它產(chǎn)生了更多、更廣的功能、適用范圍更廣，提供一個(gè)多業(yè)務(wù)、易擴(kuò)展的服務(wù)平臺(tái)。一、電力系統(tǒng)通信的現(xiàn)狀電力系統(tǒng)通信使電力工業(yè)的一部分，但在技術(shù)上又深受電信技術(shù)的影響。各種新的電信技術(shù)在電力系統(tǒng)通信中處處得以體現(xiàn)，且又有自己的特色和優(yōu)勢(shì)，處于兩大行業(yè)的一個(gè)交叉點(diǎn)。隨著電網(wǎng)的延伸而延伸，隨著通信技術(shù)的進(jìn)步而進(jìn)步。電力系統(tǒng)通信的主要傳輸方式從上個(gè)世紀(jì)70年代的電力線載波、80年代的模擬微波、90年代的數(shù)字微波，發(fā)展到，目前的光纖通信。目前，全國(guó)電力系統(tǒng)已建成光纜線路8.5萬(wàn)公里以上。電力系統(tǒng)光纖通信的時(shí)代已經(jīng)真正到來(lái)。光纖通信具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、傳輸容量大、頻帶寬、傳輸衰減小等諸多優(yōu)點(diǎn)。電力系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展光纖通信有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，利用高壓輸電線路，可架設(shè)地線復(fù)合電纜、誤金屬自乘式或纏繞式光纜等電力特種光纜。到2005年，全國(guó)電力光纖通信已經(jīng)形成三縱四橫的主干網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。各網(wǎng)，省電力公司光纜線路建設(shè)以所管轄的電網(wǎng)為覆蓋對(duì)象。光通信設(shè)備大部分為SDH制式。SDH是非常成熟的技術(shù)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化程度高，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。目前全國(guó)電力通行現(xiàn)有的SDH通信線路中，傳輸容量最高為10Gb/s，許多省級(jí)干線已經(jīng)形成SDH光環(huán)網(wǎng)。對(duì)電力系統(tǒng)通信而言，電力特種光纜在電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。電力系統(tǒng)有大量的不同電壓等級(jí)的電力桿線資源，OPGW（地線復(fù)合光纜）、ADSS（全介質(zhì)自承式光纜）等電力特種光纜的出現(xiàn)，促進(jìn)了電力線上架設(shè)大量的電力通信光纜。OPGW將通信光纜和高壓輸電線上的架空地線結(jié)合成一體，將光纜技術(shù)和輸電線技術(shù)相融合，成為多功能的架空線路，既是避雷線，又是架空光纜，同時(shí)還是屏蔽線，在完成高壓輸電電路施工的同時(shí)，也完成了通信線路的建設(shè)，且可帶電架設(shè)，不影響輸電線路的正常運(yùn)行，非常適合于已建電力線路及新建電力線路，常見(jiàn)于35、110、220KV電壓等級(jí)，特別是110KV電壓基本上都采用ADSS光纜。二、電力系統(tǒng)通信網(wǎng)電力系統(tǒng)通信網(wǎng)是國(guó)家專(zhuān)用通信網(wǎng)之一，是電力系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分，是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化、電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)化和電網(wǎng)管理信息化的基礎(chǔ)，是確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要手段。其重要的特點(diǎn)是高度的可靠性與實(shí)時(shí)性；另一個(gè)特點(diǎn)是用戶(hù)分散、容量小、網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜。目前電力通信主干網(wǎng)絡(luò)基本上成樹(shù)形與星形相結(jié)合的復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。電力系統(tǒng)通信按業(yè)務(wù)的種類(lèi)分為電話及傳真網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、圖像通信網(wǎng)、可視電話網(wǎng)等等；按照服務(wù)區(qū)域范圍分為本地通信網(wǎng)、長(zhǎng)途通信網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等等。電力系統(tǒng)通信網(wǎng)中長(zhǎng)劍的通信網(wǎng)絡(luò)有電話交換網(wǎng)、電力數(shù)據(jù)網(wǎng)、電視會(huì)議網(wǎng)，企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)Intranet等。電力數(shù)據(jù)網(wǎng)包含傳統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)信息網(wǎng)（SCADA系統(tǒng)）、EMS、MIS等。電力系統(tǒng)通信網(wǎng)主要由傳輸、交換、終端三大部分組成。其中傳輸與交換部分組成通信網(wǎng)絡(luò)，傳輸部分為網(wǎng)絡(luò)的線，交換設(shè)備為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。目前常見(jiàn)的交換方式有電路交換、分組交換、ATM異步傳送模式和幀中繼。傳輸系統(tǒng)以光纖、數(shù)字微波傳輸為主，衛(wèi)星、電力線載波、電纜、移動(dòng)通信等多種通信方式并存，實(shí)現(xiàn)了除對(duì)臺(tái)灣外所有的省（自治區(qū)）、直轄市的覆蓋，承載的業(yè)務(wù)涉及語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)動(dòng)、繼電保護(hù)、電力監(jiān)控、移動(dòng)通信等領(lǐng)域。電力系統(tǒng)通信技術(shù)主要有以下幾種：電力線載波通信電力線載波（PLC－PowerLineCarrier）是利用高壓輸電線路為傳輸線路的載波通信方式，用于電力系統(tǒng)的調(diào)度通信、遠(yuǎn)動(dòng)、保護(hù)、生產(chǎn)指揮、行政業(yè)務(wù)通信及各種信息傳輸。電力線路是為輸送50Hz強(qiáng)電設(shè)計(jì)的，線路衰減小、機(jī)械強(qiáng)度高、傳輸可靠，電力線路載波通信復(fù)用電力線路進(jìn)行通信不需要通信線路建設(shè)的基建投資和日常維護(hù)費(fèi)用，是電力系統(tǒng)特有的通信方式。（帶寬容量受限，已逐步退出主地位）光纖通信光纖通信是以光波為載波，以光纖為傳輸媒介的一種通信方式。在我國(guó)電力通信領(lǐng)域普遍使用電力特種光纜，主要包括全介質(zhì)自承式光纜ADSS、架空式復(fù)合光纜OPGW、纏繞式光纜GWWOP。電力特種光纜是適應(yīng)電力系統(tǒng)特殊的應(yīng)用環(huán)境而發(fā)展起來(lái)的一種架空光纜體系，它將光纜家似乎與輸電線路相結(jié)合，架設(shè)在10－500KV不同電壓等級(jí)的電力桿塔和輸電線路上，具有高可靠、長(zhǎng)壽命等突出優(yōu)點(diǎn)。微波通信微波通信是利用微波（射頻）作載波攜帶信息，通過(guò)無(wú)線電波空間進(jìn)行中繼的通信方式。常用的微波通信的頻率范圍為1-5-40GHz，微波按直線傳播，若要進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，則需要在高山、鐵塔和高層建筑物頂上安裝微波轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備進(jìn)行中繼通信。衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信是在微波中繼通信的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。它是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電波，從而進(jìn)行兩個(gè)和多個(gè)地面站之間的通信。衛(wèi)星通信主要用于解決國(guó)家電網(wǎng)公司至邊遠(yuǎn)地區(qū)的通信。目前電力系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)有地球站32座，基本上形成了系統(tǒng)專(zhuān)用的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了北京對(duì)新疆、西藏、云南、海南、廣西、福建等邊遠(yuǎn)省區(qū)的通信。衛(wèi)星通信除用作語(yǔ)音通信外，還用來(lái)傳送調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。移動(dòng)通信移動(dòng)通信是指通信的雙方中至少有一方是在移動(dòng)中進(jìn)行信息交換的通信方式。作為電力通信網(wǎng)的補(bǔ)充和延伸，移動(dòng)通信在電力線維護(hù)，事故搶修，行政管理等方面發(fā)揮者積極的作用?，F(xiàn)代交換方式現(xiàn)代交換方式有電路交換、分組交換、ATM異步傳送模式、幀中繼和多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS）技術(shù)。電路交換和分組交換是兩種不同的交換方式，是代表兩大范疇的傳送模式，幀中繼和ATM異步傳送模式則屬于快速分組交換的范疇。電路交換是固定分配帶寬的，連接建立后，即使無(wú)信息傳送也需要占電路，電路利用率低；要預(yù)先建立連接，有一定的連接建立時(shí)延，鏈接建立后可實(shí)時(shí)傳送信息，傳輸時(shí)延一般可以不計(jì)；無(wú)差錯(cuò)控制措施。因此，電路交換適合于電話交換、文件傳送及高速傳真，不適合突發(fā)業(yè)務(wù)和對(duì)差錯(cuò)敏感的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。分組交換是一種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的交換方式，它將需要傳送的信息劃分為一定長(zhǎng)度的包，也稱(chēng)為分組，以分組為單位進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。而每個(gè)分組信息都包含源地址和目的地址的標(biāo)識(shí)，在傳送數(shù)據(jù)分組之前，必須首先建立虛電路，然后依序傳送。在分組交換網(wǎng)中可以在一條實(shí)際的電路上，能夠傳輸許多對(duì)用戶(hù)終端之間的數(shù)據(jù)。其基本原理是把一條電路分成若干條邏輯通道，對(duì)每一個(gè)邏輯通道有一個(gè)編號(hào)，稱(chēng)為邏輯通道號(hào)，將兩個(gè)用戶(hù)終端之間的若干段邏輯信道經(jīng)交換設(shè)備鏈接起來(lái)構(gòu)成虛電路。分組交換最基本的思想就是實(shí)現(xiàn)通信資源的共享，分組交換最適合數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)幾乎全部采用分組交換。目前的語(yǔ)音交換分組化的信息傳輸?shù)谋壤苍絹?lái)越大，常見(jiàn)的IP電話就是基于分組交換原理。目前IPv6是最新的一個(gè)IP交換協(xié)議?，F(xiàn)代通信網(wǎng)按功能劃分可以分為傳輸網(wǎng)，支撐網(wǎng)數(shù)字通信基礎(chǔ)（一）信號(hào)與通信消息一般是用數(shù)據(jù)來(lái)表示的，而表示消息的數(shù)據(jù)通常要把它轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)進(jìn)行傳遞。信號(hào)是消息(或數(shù)據(jù))的一種電磁表示方法，信號(hào)中包含了所要傳遞的消息。信號(hào)一般以時(shí)間為自變量，以表示消息(或數(shù)據(jù))的某個(gè)參量(如振幅、頻率或相位)為因變量。信號(hào)按其因變量的取值是否連續(xù)，可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)是指信號(hào)的因變量完全隨連續(xù)消息的變化而變化的信號(hào)。模擬信號(hào)的自變量可以是連續(xù)的，也可以是離散的，但其因變量一定是連續(xù)的，電視圖像信號(hào)、語(yǔ)音信號(hào)、溫度壓力傳感器的輸出信號(hào)以及許多遙感遙測(cè)信號(hào)都是模擬信號(hào)；脈沖振幅調(diào)制信號(hào)(PAM)、脈沖相位調(diào)制信號(hào)(PPM)以及脈沖寬度調(diào)制信號(hào)(PWM)等也屬于模擬信號(hào)。數(shù)字信號(hào)是指表示消息的因變量是離散的，自變量時(shí)間的取值也是離散的信號(hào)，通常表示為，數(shù)字信號(hào)的因變量的狀態(tài)是有限的。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)、數(shù)字電話和數(shù)字電視等都是數(shù)字信號(hào)。雖然模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)有著明顯的差別，但兩者之間并沒(méi)有存在不可逾越的鴻溝，在一定條件下它們是可以相互轉(zhuǎn)化的。模擬信號(hào)可以通過(guò)抽樣、編碼等步驟變成數(shù)字信號(hào)；而數(shù)字信號(hào)也可以通過(guò)解碼、平滑等步驟恢復(fù)模擬信號(hào)。通信的任務(wù)是將表示消息的信號(hào)從發(fā)送端(信源)傳遞到接收端(信宿)。既然信號(hào)可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，與之相對(duì)應(yīng)的，通信也可以分為模擬通信和數(shù)字通信。模擬通信通常是利用模擬信號(hào)來(lái)傳遞消息；而數(shù)字通信則是利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞消息。按傳送模擬信號(hào)而設(shè)計(jì)的通信系統(tǒng)稱(chēng)為模擬通信系統(tǒng)；按傳送數(shù)字信號(hào)而設(shè)計(jì)的通信系統(tǒng)稱(chēng)為數(shù)字通信系統(tǒng)。（二）模擬通信利用模擬信號(hào)來(lái)傳遞消息稱(chēng)為模擬通信，普通的電話、廣播、電視等都屬于模擬通信。模擬通信系統(tǒng)的模型，如圖1-5-1所示。圖1-5-1模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)通常由信源、調(diào)制器、信道、解調(diào)器、信宿以及噪聲源組成。信源所產(chǎn)生的原始模擬信號(hào)一般都要經(jīng)過(guò)調(diào)制再通過(guò)信道傳輸。調(diào)制器是用發(fā)送的消息對(duì)載波的某個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)制的設(shè)備。解調(diào)器是實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程逆變換的設(shè)備。信道是用來(lái)傳輸表示消息的電信號(hào)的介質(zhì)或通路。它可以是雙絞線、同軸電纜、光纜、微波以及衛(wèi)星鏈路等，有時(shí)人們將傳輸介質(zhì)兩端的設(shè)備也看作是信道的一部分。模擬通信系統(tǒng)中的噪聲源包括了影響該系統(tǒng)的所有噪聲，如脈沖噪聲(如天電噪聲、工業(yè)噪聲等)和隨機(jī)噪聲(如信道噪聲、發(fā)送設(shè)備噪聲、接收設(shè)備噪聲等)。在模擬通信系統(tǒng)中，信道上所傳輸?shù)男盘?hào)是模擬信號(hào)，如對(duì)載波進(jìn)行連續(xù)的振幅調(diào)制(AM)、頻率調(diào)制(FM)或相位調(diào)制(PM)而得到的調(diào)幅波、調(diào)頻波或調(diào)相波都是模擬信號(hào)。對(duì)脈沖進(jìn)行了連續(xù)的振幅調(diào)制、相位調(diào)制或?qū)挾日{(diào)制而得到的脈沖調(diào)幅波(PAM)、脈沖調(diào)相波(PPM)或脈沖調(diào)寬波(PWM)也都屬于模擬信號(hào)。（三）數(shù)字通信利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞消息稱(chēng)為數(shù)字通信，計(jì)算機(jī)通信、數(shù)字電話以及數(shù)字電視都屬于數(shù)字通信。數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖1-5-2所示。 圖1-5-2數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)由信源、信源編碼器、信道編碼器、調(diào)制器、信道、解調(diào)器、信道譯碼器、信源譯碼器、信宿、噪聲源以及發(fā)送端和接收端時(shí)鐘同步組成。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，如果信源發(fā)出的是模擬信號(hào)，就要經(jīng)過(guò)信源編碼器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣、量化及編碼，將其變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。信源編碼有兩個(gè)主要作用：一個(gè)是實(shí)現(xiàn)數(shù)／模轉(zhuǎn)換；另一個(gè)是降低信號(hào)的誤碼率。而信源譯碼則是信源編碼的逆過(guò)程。由于信道通常會(huì)受到各種噪聲的干擾以及通信終端設(shè)備本身的噪聲干擾，有可能導(dǎo)致接收端收到信號(hào)產(chǎn)生錯(cuò)誤，即誤碼。為了能夠自動(dòng)地檢測(cè)出錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤，可采用檢錯(cuò)編碼或糾錯(cuò)編碼，這就是信道編碼；信道譯碼則是信道編碼的逆變換。從信道編碼器輸出的數(shù)字序列還是隨于基帶信號(hào)。除某些近距離的數(shù)字通信可以采用基帶傳輸外，通常為了與采用的信道相匹配，都要將基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制變換成頻帶信號(hào)再傳輸，這就是調(diào)制器所要完成的任務(wù)；而解調(diào)則是調(diào)制的逆過(guò)程。時(shí)鐘同步也是數(shù)字通信系統(tǒng)的一個(gè)重要的不可或缺的部分。為了保證接收端正確接收數(shù)據(jù)，接收端的接收時(shí)鐘必須與發(fā)送端的發(fā)送時(shí)鐘保持同步。近年來(lái)，數(shù)字通信無(wú)論在理論上還是在技術(shù)上都有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。數(shù)字通信和模擬通信相比，具有抗干擾能力強(qiáng)、可以再生中繼、便于加密、易于集成化等一系列優(yōu)點(diǎn)。另外，各種通信業(yè)務(wù)，無(wú)論是話音、電報(bào)，還是數(shù)據(jù)、圖像等信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)字化后都可以在數(shù)字通信網(wǎng)中傳輸、交換并進(jìn)行處理，這就更顯示出數(shù)字通信的優(yōu)越性。它具有抗干擾能力強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的遠(yuǎn)距離通信、能夠適應(yīng)各種通信業(yè)務(wù)、可實(shí)現(xiàn)高保密通信等等。數(shù)字通信設(shè)備大都是由數(shù)字電路構(gòu)成，數(shù)字電路比模擬電路更容易集成化。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為數(shù)字通信設(shè)備的微型化和集成化提供了良好的條件。而隨著數(shù)字處理器件和大規(guī)模集成電路芯片價(jià)格的不斷下降，數(shù)字傳輸設(shè)備以及相關(guān)的交換和處理設(shè)備都將比模擬傳輸設(shè)備便宜得多。當(dāng)然，與模擬通信相比，數(shù)字通信也有缺點(diǎn)。數(shù)字通信的最大缺點(diǎn)是占用的頻帶寬。可以說(shuō)，數(shù)字通信的許多優(yōu)點(diǎn)是以犧牲信道帶寬為代價(jià)而換來(lái)的。以電話為例，一路模擬電話占用4kHz信道帶寬，而一路數(shù)字電話所需要的數(shù)據(jù)傳輸率是64Kbit／s，所占用的帶寬要遠(yuǎn)大于4kHz。數(shù)字通信的這一缺點(diǎn)限制了它在某些信道帶寬不夠大的場(chǎng)合的使用。另外，數(shù)字通信系統(tǒng)和設(shè)備一般來(lái)說(shuō)都比較復(fù)雜。總之，數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)是主要的。特別是隨著微波、衛(wèi)星、光纖等高帶寬信道的廣泛應(yīng)用，集成技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字通信的缺點(diǎn)也越來(lái)越不明顯，數(shù)字通信將是現(xiàn)代通信系統(tǒng)的一個(gè)重要的發(fā)展方向。（四）數(shù)字微波通信數(shù)字微波技術(shù)的應(yīng)用已有幾十年歷史，從過(guò)去的PDH(準(zhǔn)同步)方式到目前的SDH(同步數(shù)字系列)，其技術(shù)在不斷更新。隨著技術(shù)的更新，容量也在不斷提高。早年使用的34Mbit的PDH設(shè)備已逐步被大容量的SDH設(shè)備所代替。本章結(jié)合電力系統(tǒng)的有關(guān)設(shè)備，對(duì)數(shù)字微波通信的有關(guān)概念、特點(diǎn)以及對(duì)設(shè)備的連接、監(jiān)控系統(tǒng)等進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼撌?。微波是指頻率在300MHz至300GHz范圍內(nèi)的電磁波，數(shù)字微波通信是指利用微波作為載體攜帶數(shù)字信息通過(guò)空間傳播進(jìn)行交換，并進(jìn)行再生中繼的通信方式。一、數(shù)字微波通信結(jié)構(gòu)數(shù)字通信系統(tǒng)的設(shè)備組成及其各部分功能，因其用途的不同而異，綜合各種數(shù)字通信系統(tǒng)，畫(huà)出了圖1-5-3所示的數(shù)字微波通信系統(tǒng)模型。圖1-5-3數(shù)字微波通信系統(tǒng)模型發(fā)端的信源是提供原始信號(hào)的裝置，其輸出可以是模擬信號(hào)，也可以是數(shù)字信號(hào)。例如，常用的電話機(jī)或遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備送出的模擬信號(hào)的信源；電子計(jì)算機(jī)、數(shù)字交換機(jī)等數(shù)字設(shè)備終端送出的數(shù)字信號(hào)的信源。信源編碼是指將模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)，完成模／數(shù)轉(zhuǎn)換的任務(wù)。如果信源送出的已經(jīng)是數(shù)字信號(hào)，則可以省去信源編碼裝置。信道編碼是為了提高數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴Ｒ蛐诺乐胁豢杀苊獾卮嬖谥肼暫透蓴_，可能使傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)產(chǎn)生誤碼。為了在接收端能自動(dòng)地檢查和糾正錯(cuò)誤碼元，使用信道編碼器可在輸入的數(shù)字序列中，按照一定的規(guī)律加入了一些附加的碼元(稱(chēng)為多余碼元)，其作用是一種監(jiān)督碼，并形成了新的數(shù)字序列。在接收端，根據(jù)新的數(shù)字碼元序列的規(guī)律性來(lái)檢查接收信號(hào)有無(wú)誤碼。另外，為實(shí)現(xiàn)保密通信，還可在信道編碼器的輸入端或輸出端對(duì)所傳輸?shù)男盘?hào)加上密碼，接收時(shí)再在相應(yīng)的位置解除密碼。加密和解密裝置合稱(chēng)為保密機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字微波通信，需要把數(shù)字信號(hào)調(diào)制到頻率較高的“載頻”上去以便適合無(wú)線信道傳輸。未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)稱(chēng)為基帶信號(hào)，將基帶信號(hào)直接送到信道上進(jìn)行傳輸?shù)姆绞椒Q(chēng)為基帶傳輸。明線、電纜等有線信道均可供基帶傳輸。將基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制后送到信道上進(jìn)行傳輸?shù)姆绞椒Q(chēng)為頻帶傳輸，數(shù)字微波中繼通信的無(wú)線傳輸信道(包括空間傳輸)就是頻帶傳輸信道，如圖1-5-3中兩條虛線之間所示的部分。收端的解調(diào)、信道解碼、信源解碼等幾個(gè)方框的功能與發(fā)端幾個(gè)方框的功能是一一對(duì)應(yīng)的變換。收端的收信者稱(chēng)為信宿，可以是人，也可以是終端設(shè)備。圖1-5-3中的噪聲源是系統(tǒng)內(nèi)部和系統(tǒng)外部干擾噪聲一起折合到信道中的結(jié)果，合成一個(gè)總的等效噪聲源，這種表示方法給研究問(wèn)題帶來(lái)方便。 圖1-5-4數(shù)字微波通信實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)備組成方框圖實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)備組成方框圖見(jiàn)圖1-5-4。當(dāng)甲地的電話信號(hào)或其他音頻信號(hào)(即信源)經(jīng)過(guò)處理后變成電信號(hào)，并經(jīng)過(guò)接口設(shè)備或交換機(jī)送到甲地的微波端站，經(jīng)時(shí)分復(fù)用設(shè)備完成信源編碼和信道編碼，并在微波信道機(jī)(包括調(diào)制機(jī)和微波發(fā)信機(jī))上完成調(diào)制、變頻和放大作用。已調(diào)制的微波信號(hào)通過(guò)微波天線定向發(fā)射，送到另一個(gè)微波端站或中繼站，中繼站對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，而端站則將信號(hào)還原，其功能正好與甲地相反。二、數(shù)字微波通信特點(diǎn)由于數(shù)字微波通信是通過(guò)數(shù)字信道進(jìn)行的通信方式，因此這種通信就兼有數(shù)字通信和微波通信的特點(diǎn)。與模擬微波通信相比，具有如下特點(diǎn)。1．抗干擾性強(qiáng)、線路噪聲不累積經(jīng)數(shù)字微波信道傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)要經(jīng)過(guò)微波中繼站的多次轉(zhuǎn)發(fā)，各站上有對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理的再生中繼器，而再生中繼器是采用抽樣判決的方法來(lái)接收每一個(gè)碼元。經(jīng)過(guò)一個(gè)中繼段傳輸后，只要干擾噪聲還沒(méi)有大到影響對(duì)信碼判決的程度，就可以把干擾噪聲清除掉，再生出與發(fā)端一樣的“干凈”波形而繼續(xù)傳輸。這種再生作用使數(shù)字微波通信的線路噪聲不逐站累積。也就是說(shuō)，提高了抗干擾性。而模擬微波通信的線路噪聲隨線路的長(zhǎng)度增長(zhǎng)而增加，并逐站累積。必須說(shuō)明的是，一旦噪聲干擾對(duì)數(shù)字信號(hào)造成了誤碼，在繼續(xù)傳輸過(guò)程中被糾正過(guò)來(lái)的可能性是很小的，所以誤碼被認(rèn)為是逐站累積的。2．保密性強(qiáng)數(shù)字信號(hào)本身就具有一定的保密性，又因?yàn)楦鞣N信號(hào)數(shù)字化后形成的信碼，可采用不同的規(guī)律或方式，方便靈活地加進(jìn)密碼，在線路中傳輸，收端再按相同的規(guī)律解除密碼。所以說(shuō)，這種通信方式的保密性強(qiáng)。3．便于組成數(shù)字通信網(wǎng)目前，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，信息交換的速度要求越來(lái)越快，信息量也越來(lái)越大，綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)、異步交換模式(ATM)等已在電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。這些數(shù)字網(wǎng)傳輸?shù)漠?dāng)然是各種數(shù)字信息，并可以用計(jì)算機(jī)控制(包括處理、存儲(chǔ)、交換)各種信息的交換，數(shù)字微波通信是實(shí)現(xiàn)這種交換的一種手段，而模擬微波是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。4．設(shè)備特點(diǎn)由于傳輸數(shù)字信號(hào)，所以設(shè)備可以大量采用集成電路，而數(shù)字集成電路功耗低，耗電少。所以，設(shè)備便于集成化、固態(tài)化、體積小、經(jīng)濟(jì)、可靠。5．系統(tǒng)噪聲方面特點(diǎn)模擬微波通信的調(diào)制方式多數(shù)采用調(diào)頻制。由于調(diào)制解調(diào)器的非線性，使多路音頻信號(hào)各分量之間產(chǎn)生互調(diào)，這種失真產(chǎn)物經(jīng)收端解調(diào)后，其電壓成分就是多路音頻信號(hào)的竄噪聲。竄噪聲使多路音頻信號(hào)之間產(chǎn)生了不可懂的竄音現(xiàn)象。模擬微波的信道噪聲分為熱噪聲、竄噪聲、干擾噪聲，對(duì)這三種噪聲都要進(jìn)行噪聲指標(biāo)分配，并進(jìn)行有效控制。否則，將影響傳輸質(zhì)量。數(shù)字微波通信的調(diào)制方式多數(shù)采用相移鍵控方式，其設(shè)備的非線性將使信號(hào)幅度和相位產(chǎn)生畸變，其噪聲影響歸為“固定惡化成分”，數(shù)字微波的通道噪聲基本表現(xiàn)形式是熱噪聲和干擾噪聲。這兩種噪聲直接參與噪聲指標(biāo)分配。6．主要缺點(diǎn)數(shù)字微波通信與模擬微波通信系統(tǒng)相比，可歸納為如下兩條缺點(diǎn)。(1)在對(duì)模擬信號(hào)數(shù)字化的過(guò)程中，不可避免地要產(chǎn)生量化噪聲并產(chǎn)生于PCM端機(jī)中，為了不使量化噪聲影響到音頻質(zhì)量，要求量化級(jí)數(shù)不能太少。(2)數(shù)字通信比模擬通信占用的信道頻帶寬。一路模擬電話信號(hào)通常占用4kHz帶寬，而一路PCM的數(shù)字電話卻要占用64kHz的帶寬。顯而易見(jiàn)，在通道帶寬給定的情況下，數(shù)字微波傳輸?shù)脑捖啡萘可?，即頻譜利用不經(jīng)濟(jì)。當(dāng)采用能提供較寬信道的通信方式，如微波、衛(wèi)星及光纖通信方式后，再考慮到使用新的調(diào)制技術(shù)和頻帶壓縮技術(shù)，這一點(diǎn)就不突出了。三、數(shù)字微波主要技術(shù)數(shù)字微波通信起步于20世紀(jì)50年代，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，從起初的小容量、低頻段到現(xiàn)在大容量、高可靠性數(shù)字微波系統(tǒng)，為了提高數(shù)字微波信道的傳輸質(zhì)量和提高頻譜利用率，對(duì)下列新技術(shù)進(jìn)行了研究。1．多載頻多電頻調(diào)制技術(shù)目前數(shù)字微波通信系統(tǒng)的4PSK、8PSK、16QAM及64QAM調(diào)制方式設(shè)備中，一個(gè)波道的發(fā)信機(jī)(或接受機(jī))只使用一個(gè)載頻(即射頻)，為了減小數(shù)字微波的多徑衰落，把傳輸頻譜變窄是一種有效方法。因此，提出了在256QAM系統(tǒng)中采用多載頻的傳輸方式。例如，采用4個(gè)載頻，使每個(gè)載頻都用256QAM調(diào)制方式去傳輸100Mb／s的信息，這樣一個(gè)波道的4個(gè)載頻同時(shí)傳送，就可以傳輸400Mb／s的信息了。而占用的頻譜卻與只用一個(gè)載頻傳輸100Mb／s占用的頻譜相當(dāng)。對(duì)于1024QAM系統(tǒng)，一個(gè)波道可使用更多載頻，使數(shù)字微波朝著既擴(kuò)大容量，又不占用較大的信道帶寬方向發(fā)展。2．干擾抵消技術(shù)20世紀(jì)80年代中期，國(guó)外在數(shù)字微波通信系統(tǒng)中使用了干擾抵消技術(shù)。因干擾噪聲是數(shù)字微波通信系統(tǒng)中一種主要噪聲，所以當(dāng)信道中存在干擾信號(hào)時(shí)，可設(shè)法把干擾信號(hào)提取出來(lái)，或用另外的方法由其他地方獲得干擾信號(hào)，然后加到原信道去抵消存在的干擾。只要使提取的干擾信號(hào)與存在的干擾電平相等、相位相反，就可使原信道中的干擾成分大大減小，提高了信道的傳輸質(zhì)量。3．微波射頻頻率再用技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)，微波通信系統(tǒng)用于多波道工作時(shí)，在兩個(gè)微波站之間，往同一方向的多個(gè)發(fā)信頻率(對(duì)應(yīng)多個(gè)波道)間要有一定的頻率間隔。為了提高數(shù)字微波通信系統(tǒng)的頻譜利用率，提出了微波射頻頻率再用方案，如圖1-5-5所示。 圖1-5-5微波射頻頻率再用方案 (a)同波道型頻率再用；(b)插入波道型頻率再用圖1-5-5(a)為同波道型頻率再用，在這個(gè)方案中，同一微波頻率可水平極化(圖1-5-5中用“=”表示)用作射頻，同時(shí)也可垂直極化(圖1-5-5中用“”表示)用來(lái)作另一個(gè)射頻，在圖1-5-5(a)中分別用f和f0表示，這樣一來(lái)系統(tǒng)的頻譜利用率就提高了一倍。這樣使用之所以可行，是因?yàn)閿?shù)字微波的抗干擾性強(qiáng)，更由于可以在收信端采用上面提到的抗干擾抵消技術(shù)，將有效地壓低同一微波頻率經(jīng)不同極化造成的同頻干擾。圖1-5-5(b)為插入波道型頻率再用，在這種方案中，再用波道插入在兩個(gè)主用波道之間，與原來(lái)的頻率配置方案相比，系統(tǒng)的頻譜利用率也提高了一倍，這種方案兩個(gè)不同極化波的干擾程度比圖1-5-5(a)方案低。4．收、發(fā)微波射頻單頻制技術(shù)在收、發(fā)共用同一天線、饋線的系統(tǒng)中，收、發(fā)微波射頻頻率是不同的。在已建成的微波線路中，要求收、發(fā)之間的去耦度不小于30dB。若采用收、發(fā)頻率分開(kāi)的兩個(gè)天線，上述收、發(fā)之間的去耦度可達(dá)到70～80dB，這就使從兩頻制發(fā)展到單頻制成為可能，當(dāng)然要求收發(fā)頻率要采用不同的極化方式。采用單頻制后，重點(diǎn)要解決的問(wèn)題是站內(nèi)本系統(tǒng)收、發(fā)之間的同頻干擾和來(lái)自其他站的越站干擾問(wèn)題。它包括使用高性能的兩個(gè)天線、饋線系統(tǒng)，對(duì)收、發(fā)信設(shè)備加強(qiáng)屏蔽和去耦，采用干擾信號(hào)抵消技術(shù)等措施。收、發(fā)微波射頻單頻制技術(shù)也使系統(tǒng)的頻譜利用率提高一倍。5．多徑分集技術(shù)由于電波的多徑傳輸現(xiàn)象，造成了微波通信中的頻率選擇性衰落。這是因?yàn)槎鄰絺鬏數(shù)姆瓷洳?、折射波和直射波各以不同的方向和時(shí)延到達(dá)收信點(diǎn)而進(jìn)行矢量相加的結(jié)果。而多徑傳輸?shù)碾姴▍s載有相同有用信息。所以人們想用數(shù)字分析的方法和信號(hào)處理技術(shù)，把有用的信號(hào)分離出來(lái)并加以利用，這就是多徑分集技術(shù)的設(shè)想。由于實(shí)現(xiàn)的難度較大，所以進(jìn)展不快。四、微波站分類(lèi)及站上設(shè)備連接特點(diǎn)1．微波站分類(lèi)一條數(shù)字微波中繼通道由終端站、中間站和再生中繼站及電波空間構(gòu)成，站距與模擬微波相似，一般為50km左右，當(dāng)射頻工作頻段較高時(shí)，站距應(yīng)該適當(dāng)縮短。2．?dāng)?shù)字微波通信信道的保護(hù)特點(diǎn)其中一個(gè)關(guān)于通信容量的概念。目前對(duì)數(shù)字微波通信容量的劃分是：10Mb/s以下為小容量系統(tǒng)；10～100Mb/s為中容量系統(tǒng)；100Mb/s以上為大容量系統(tǒng)。對(duì)于中小容量的數(shù)字微波通信系統(tǒng)，當(dāng)用于單波道工作或用于重要的線路時(shí)，常采用一備一的信道保護(hù)方式(1：1)。大容量的微波系統(tǒng)當(dāng)由多波道并行工作時(shí)，常采用n：1的方式，即n個(gè)主用波道，一個(gè)備用波道。目前電力系統(tǒng)數(shù)字微波系統(tǒng)基本采用1：1的備用方式，這主要考慮電力系統(tǒng)信息傳輸?shù)陌踩⒖煽亢筒婚g斷的需要。信道切換可以在射頻上進(jìn)行，也可以在中頻和基帶上進(jìn)行。在中頻和基帶上進(jìn)行切換，具有切換設(shè)備體積小以及高速、可靠、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。從目前設(shè)備的使用情況看，數(shù)字微波多數(shù)是在基帶上進(jìn)行切換的。還有一個(gè)關(guān)于無(wú)損傷切換的概念。1：1的信道保護(hù)方式，就是人們稱(chēng)為1+l無(wú)損傷切換。當(dāng)一個(gè)波道發(fā)生故障，需要切換到另外一個(gè)波道工作時(shí)，其切換情況是這樣的：由于兩個(gè)微波信道傳輸條件有差別(因?yàn)閮蓚€(gè)微波射頻不同)，以及饋線長(zhǎng)度、中頻電纜長(zhǎng)度及工作環(huán)境等方面的差異，就使解調(diào)出的兩路PCM數(shù)據(jù)流之間存在著時(shí)延差。尤其，當(dāng)電波空間的氣象條件發(fā)生變化時(shí)，這種時(shí)延差將隨時(shí)間而發(fā)生變化。如果在有時(shí)延的情況下進(jìn)行切換，就會(huì)給切換后的數(shù)據(jù)流造成多碼(重碼)或少碼(漏碼)。圖1-5-6就表述了切換時(shí)輸出碼流。圖1-5-6切換時(shí)輸出碼流示意圖(a)切換時(shí)無(wú)誤碼；(b)切換時(shí)0碼被重讀；(c)切換時(shí)1碼被漏讀圖1-5-6(b)中，信道1的數(shù)據(jù)流超前信道2數(shù)據(jù)流1bit，切換的結(jié)果使輸出的PCM數(shù)據(jù)流發(fā)生誤碼(“0”碼被重讀)。圖1-5-6(c)中，信道1的數(shù)據(jù)流滯后信道2數(shù)據(jù)流1bit，切換的結(jié)果使輸出的PCM數(shù)據(jù)流發(fā)生少碼(“1”碼被漏讀)。為了在切換時(shí)不產(chǎn)生誤碼，就要求兩路PCM數(shù)據(jù)流無(wú)時(shí)延差或者相位一致再進(jìn)行切換。這個(gè)功能是由解調(diào)器中的時(shí)延控制邏輯來(lái)完成的。在1-5-6(a)中，可以看出切換后的PCM數(shù)據(jù)流無(wú)誤碼。這種不發(fā)生誤碼的切換就是無(wú)損切換。還有一點(diǎn)需要說(shuō)明的是，為了對(duì)抗數(shù)字微波通信中的頻率選擇性衰落，除采用備用波道(屬于頻率分集技術(shù))外，有些地段還要采用空間分集技術(shù)。朝一個(gè)通信方向有兩個(gè)及以上天線，而且懸掛高度也不同形成一個(gè)空間分集。這一點(diǎn)通常我們可以在2G移動(dòng)通信和3G移動(dòng)通信得到很廣泛的應(yīng)用。進(jìn)一步的內(nèi)容可以參考有關(guān)電力系統(tǒng)微波通信或者移動(dòng)通信方面的技術(shù)資料。五、數(shù)字微波通信監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)一條微波通信傳輸?shù)男诺?主用和備用)及設(shè)備運(yùn)行情況的監(jiān)視和控制就簡(jiǎn)稱(chēng)為“監(jiān)控”。按照CCIR.557的建議，對(duì)無(wú)線電接力系統(tǒng)規(guī)定了2500km的假象參考電路在測(cè)量時(shí)間至少為一年的周期內(nèi)，有效利用率應(yīng)不小于99.7％。也就是說(shuō)，不可用時(shí)間(既線路中斷時(shí)間)不應(yīng)超過(guò)一年的0.3％。一般認(rèn)為設(shè)備故障、電源故障、電波傳播條件惡化造成的中斷時(shí)間各占0.1％，即各占千分之一以?xún)?nèi)的時(shí)間。為了達(dá)到上述指標(biāo)，一條微波電路除了主用波道外，還設(shè)有備用波道，一旦主用波道出現(xiàn)設(shè)備故障或電波空間衰落過(guò)大，就應(yīng)立即倒換備用波道工作，達(dá)到不中斷通信的目的。這種對(duì)通道的切換是由良好的監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)來(lái)完成的。國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)代微波中繼通信系統(tǒng)中，除了有人值守的微波站，還有無(wú)人值守的微波站。為了及時(shí)了解無(wú)人值守微波站的工作情況，就需要有集中監(jiān)控系統(tǒng)。把具有集中監(jiān)控功能的有人值守微波站稱(chēng)為主控站，無(wú)人值守微波站稱(chēng)為被控站。主控站可借助于監(jiān)控系統(tǒng)的遙測(cè)、遙信和遙控功能對(duì)無(wú)人值守的微波站進(jìn)行集中監(jiān)控。遙測(cè)是指主控站向被控站發(fā)出詢(xún)問(wèn)指令的過(guò)程。遙控是指被控站執(zhí)行控制指令而產(chǎn)生響應(yīng)的開(kāi)關(guān)機(jī)(或電路)的動(dòng)作過(guò)程。遙信是各無(wú)人值守站向主控站發(fā)送表示站上設(shè)備工作狀態(tài)“正常”或“不正?！钡亩畔?1、0)的過(guò)程。集中監(jiān)控方式往往把整個(gè)通信系統(tǒng)分為若干個(gè)監(jiān)控區(qū)域，通常每個(gè)監(jiān)控區(qū)域的首尾設(shè)立主控站，在該監(jiān)控區(qū)間內(nèi)包括一個(gè)主控站和若干個(gè)被控站。主信道與公務(wù)信道共用一個(gè)載波的復(fù)合調(diào)制法是目前中小容量數(shù)字通信系統(tǒng)中傳送信號(hào)的一種主要方法，圖1-5-7就是采用復(fù)合調(diào)制法的監(jiān)控系統(tǒng)主控設(shè)備原理方框圖。主控設(shè)備由小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信數(shù)據(jù)接口、調(diào)制、解調(diào)等部分組成。圖1-5-7監(jiān)控系統(tǒng)主控設(shè)備原理方框圖本方案的公務(wù)聯(lián)絡(luò)電話信號(hào)與監(jiān)控信息組成公務(wù)群信號(hào)，再對(duì)微波本振源實(shí)行調(diào)頻，在信道進(jìn)行傳輸。小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的命令是不能直接送至信道的，而是首先送至調(diào)制器。在調(diào)制器中實(shí)行頻移鍵控(2FSK)，鍵控的兩個(gè)副載頻是圖1-5-7監(jiān)控信息帶內(nèi)的頻率。例如，副載頻頻率為8.1kHz和9.5kHz時(shí)，分別代表數(shù)字信號(hào)的“1”和“0”。由2FSK信號(hào)與0.3~3.4kHz的聯(lián)絡(luò)電話信號(hào)組成公務(wù)群信號(hào)后，再對(duì)本振源實(shí)行調(diào)制。主控設(shè)備以時(shí)分多址、查詢(xún)的方式去監(jiān)控受控機(jī)。自動(dòng)巡回發(fā)出遙測(cè)指令，并自動(dòng)收集各受控站發(fā)回的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)其結(jié)果可進(jìn)行圖形和文字顯示。監(jiān)控系統(tǒng)受控設(shè)備原理方框圖如圖1-5-8所示。 圖1-5-8監(jiān)控系統(tǒng)受控設(shè)備原理方框圖監(jiān)控系統(tǒng)受控設(shè)備具有遙測(cè)、遙信和遙控功能，其設(shè)備由微處理機(jī)、抽樣開(kāi)關(guān)、選通開(kāi)關(guān)、數(shù)據(jù)接口和調(diào)制、解調(diào)器等組成?？赏ㄟ^(guò)本機(jī)的外設(shè)（鍵盤(pán)）了解或查詢(xún)?cè)摫豢卣靖鞣N通信設(shè)備的運(yùn)行情況，以便進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查或維修(這屬于站內(nèi)自行監(jiān)控功能)、可在受控狀態(tài)下自動(dòng)巡回采集被檢測(cè)的數(shù)據(jù)、進(jìn)行模，數(shù)變換、送給數(shù)據(jù)接口、可接受遙控指令和執(zhí)行指令，并將執(zhí)行情況匯報(bào)給主控設(shè)備。課題二光纖通信光纖通信是以光波為載頻，以光導(dǎo)纖維為傳輸媒質(zhì)的一種通信方式。由于光纖通信具有一系列優(yōu)越的特性，因此光纖通信技術(shù)近年來(lái)發(fā)展之迅速、應(yīng)用之廣泛是通信史上罕見(jiàn)的?？梢哉f(shuō)，這種新興技術(shù)是世界新技術(shù)革命的重要標(biāo)志，又是未來(lái)信息社會(huì)中各種信息網(wǎng)的主要傳輸工具。一、光纖通信概念及特點(diǎn)光波是人們最熟悉的電磁波，其波長(zhǎng)在微米級(jí)、頻率為1014Hz數(shù)量級(jí)，一般取0.8-1.8m，可分為短波長(zhǎng)波段和長(zhǎng)波長(zhǎng)波段，短波段是指波長(zhǎng)為0.85m，長(zhǎng)波段是指光纖通信與電通信方式的主要差異有兩點(diǎn)：一是光頻作為載頻傳輸信號(hào)，二是用光導(dǎo)纖維作為傳輸線路。因此，在光纖通信中起主導(dǎo)作用的是產(chǎn)生光波的激光器和傳輸光波的光導(dǎo)纖維。半導(dǎo)體激光器的發(fā)光面積很小，它輸出穩(wěn)定而且方向性極好的激光，激光可以運(yùn)載巨大的信息量。光纖是一種介質(zhì)光波導(dǎo)，具有把光封閉在其中并沿軸向進(jìn)行傳播的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)。光纖通信之所以能夠飛速發(fā)展，是由它具有以下的突出優(yōu)點(diǎn)而決定的。1．傳輸頻帶寬、通信容量大由信息理論知道，載波頻率越高，通信容量越大，因目前使用的光波頻率比微波頻率高103~104倍，所以通信容量約可增加103~104倍。2．損耗低目前，實(shí)用的光纖均為Si02(石英)系光纖，要減小光纖損耗，主要是靠提高玻璃纖維的純度來(lái)達(dá)到，由于目前制成的Si02玻璃介質(zhì)的純凈度極高，所以光纖的損耗極低，在光波長(zhǎng)=1.55由于光纖的損耗低，因此中繼距離可以很長(zhǎng)，在通信線路中可減少中繼站的數(shù)量，降低成本，而且又提高了通信質(zhì)量。3．不受電磁干擾因?yàn)楣饫w是非金屬的介質(zhì)材料，因此它不受電磁于擾。4．線徑細(xì)、質(zhì)量輕由于光纖的直徑很小，只有0.1mm左右，因此制成光纜后，直徑要比電纜細(xì)，而且質(zhì)量也輕。這樣在長(zhǎng)途干線或市內(nèi)干線上，空間利用率高，而且便于制造多芯光纜。5．資源豐富光纖通信除上述主要優(yōu)點(diǎn)外，還有抗化學(xué)腐蝕等特點(diǎn)。當(dāng)然，光纖本身也有缺點(diǎn)，如光纖質(zhì)地脆、機(jī)械強(qiáng)度低，要求比較好的切斷和連接技術(shù)，分路、偶合比較麻煩等。但是，這些問(wèn)題將隨著技術(shù)的發(fā)展，都將予以克服得了的。二、光纖通信基本組成目前，實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)普通采用的是數(shù)字編碼、強(qiáng)度調(diào)制一直接檢波通信系統(tǒng)。這種系統(tǒng)基本構(gòu)成圖，如圖1-5-9所示。圖1-5-9光纖通信傳輸系統(tǒng)基本構(gòu)成圖強(qiáng)度在這里即指光強(qiáng)，是指單位面積上的光功率；所謂強(qiáng)度調(diào)制，是用信號(hào)去直接調(diào)制光源強(qiáng)度，使之隨信號(hào)電流成線性變化；直接檢波是指信號(hào)直接在接收機(jī)的光頻上檢測(cè)為電信號(hào)。發(fā)送光端機(jī)是將電信號(hào)變換成光信號(hào)的光發(fā)射機(jī)，采用的光源是半導(dǎo)體激光器(LD)或半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)，它們的共同點(diǎn)都是通過(guò)加正向偏置電流而使其發(fā)光的半導(dǎo)體二極管，所不同的是LD發(fā)出的是激光，而LED發(fā)出的是熒光。光發(fā)送端機(jī)將已調(diào)制的光波送入光導(dǎo)纖維，經(jīng)光導(dǎo)纖維送至光接收端機(jī)。光接收端機(jī)是將光信號(hào)變換成電信號(hào)的光接收機(jī)。光信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖傳輸?shù)竭_(dá)接收端，首先經(jīng)光電二極管(PIN)或雪崩光電二極管(APD)檢波變?yōu)殡娒}沖，然后經(jīng)放大、均衡、判決等適當(dāng)處理，恢復(fù)為送入發(fā)送端的電信號(hào)，再送入接收電端機(jī)。以上就是整個(gè)光纖通信的過(guò)程，它與一般通信過(guò)程所不同的有兩點(diǎn)：一是傳輸光信號(hào)；二是利用光纖作為媒質(zhì)傳輸手段。強(qiáng)度調(diào)制一直接檢波系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，是目前光纖通信所普通采用的形式。三、光纜及光纖通訊新技術(shù)光纖技術(shù)的進(jìn)步可以從兩個(gè)方面來(lái)說(shuō)明:一是通信系統(tǒng)所用的光纖;二是特種光纖。早期光纖的傳輸窗口只有3個(gè)，即850nm(第一窗口)、1310nm(第二窗口)以及1550nm(第三窗口)。近幾年相繼開(kāi)發(fā)出第四窗口(L波段)、第五窗口(全波光纖)以及S波段窗口。其中特別重要的是無(wú)水峰的全波窗口。這些窗口開(kāi)發(fā)成功的巨大意義就在于從1280nm到1625nm的廣闊的光頻范圍內(nèi)，都能實(shí)現(xiàn)低損耗、低色散傳輸，使傳輸容量幾百倍、幾千倍甚至上萬(wàn)倍的增長(zhǎng)。這一技術(shù)成果將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。另一方面是特種光纖的開(kāi)發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化，這是一個(gè)相當(dāng)活躍的領(lǐng)域。特種光纖具體有以下幾種:1.有源光纖這類(lèi)光纖主要是指摻有稀土離子的光纖。如摻鉺(Er3+)、摻釹(Nb3+)、摻鐠(Pr3+)、摻鐿(Yb3+)、摻銩(Tm3+)等，以此構(gòu)成激光活性物質(zhì)。這是制造光纖光放大器的核心物質(zhì)。不同摻雜的光纖放大器應(yīng)用于不同的工作波段，如摻餌光纖放大器(EDFA)應(yīng)用于1550nm附近(C、L波段);摻鐠光纖放大器(PDFA)主要應(yīng)用于1310nm波段;摻銩光纖放大器(TDFA)主要應(yīng)用于S波段等。這些摻雜光纖放大器與喇曼(Raman)光纖放大器一起給光纖通信技術(shù)帶來(lái)了革命性的變化。它的顯著作用是:直接放大光信號(hào)，延長(zhǎng)傳輸距離;在光纖通信網(wǎng)和有線電視網(wǎng)(CATV網(wǎng))中作分配損耗補(bǔ)償;此外，在波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中及光孤子通信系統(tǒng)中是不可缺少的關(guān)鍵元器件。正因?yàn)橛辛斯饫w放大器，才能實(shí)現(xiàn)無(wú)中繼器的百萬(wàn)公里的光孤子傳輸。也正是有了光纖放大器，不僅能使WDM傳輸?shù)木嚯x大幅度延長(zhǎng)，而且也使得傳輸?shù)男阅茏罴鸦?.色散補(bǔ)償光纖(DispersionCompesationFiber，DCF)常規(guī)G.652光纖在1550nm波長(zhǎng)附近的色散為17ps/nm?km。當(dāng)速率超過(guò)2.5Gb/s時(shí)，隨著傳輸距離的增加，會(huì)導(dǎo)致誤碼。若在CATV系統(tǒng)中使用，會(huì)使信號(hào)失真。其主要原因是正色散值的積累引起色散加劇，從而使傳輸特性變壞。為了克服這一問(wèn)題，必須采用色散值為負(fù)的光纖，即將反色散光纖串接入系統(tǒng)中以抵消正色散值，從而控制整個(gè)系統(tǒng)的色散大小。這里的反色散光纖就是所謂的色散補(bǔ)償光纖。在1550nm處，反色散光纖的色散值通常在-50~200ps/nm?km。為了得到如此高的負(fù)色散值，必須將其芯徑做得很小，相對(duì)折射率差做得很大，而這種作法往往又會(huì)導(dǎo)致光纖的衰耗增加(0.5~1dB/km)。色散補(bǔ)償光纖是利用基模波導(dǎo)色散來(lái)獲得高的負(fù)色散值，通常將其色散與衰減之比稱(chēng)作質(zhì)量因數(shù)，質(zhì)量因數(shù)當(dāng)然越大越好。為了能在整個(gè)波段均勻補(bǔ)償常規(guī)單模光纖的色散，最近又開(kāi)發(fā)出一種既補(bǔ)償色散又能補(bǔ)償色散斜率的"雙補(bǔ)償"光纖(DDCF)。該光纖的特點(diǎn)是色散斜率之比(RDE)與常規(guī)光纖相同，但符號(hào)相反，所以更適合在整個(gè)波形內(nèi)的均衡補(bǔ)償。3.光纖光柵(FiberGrating)光纖光柵是利用光纖材料的光敏性在紫外光的照射(通常稱(chēng)為紫外光"寫(xiě)入")下，于光纖芯部產(chǎn)生周期性的折射率變化(即光柵)而制成的。使用的是摻鍺光纖，在相位掩膜板的掩蔽下，用紫外光照射，使纖芯的折射率產(chǎn)生周期性的變化，然后經(jīng)退火處理后可長(zhǎng)期保存。其制作原理如圖2所示。圖2中的相位掩膜板實(shí)際上為一塊特殊設(shè)計(jì)的光柵，其正負(fù)一級(jí)衍射光相交形成干涉條紋，這樣就在纖芯逐漸產(chǎn)生成光柵。光柵周期A是模板周期的二分之一。眾所周知，光柵本身是一種選頻器件，利用光纖光柵可以制作成許多重要的光無(wú)源器件及光有源器件。例如:色散補(bǔ)償器、增益均衡器、光分插復(fù)用器、光濾波器、光波復(fù)用器、光?；蜣D(zhuǎn)換器、光脈沖壓縮器、光纖傳感器以及光纖激光器等。4.多芯單模光纖(Multi-Coremono-ModeFiber，MCF)多芯光纖是一個(gè)共用外包層、內(nèi)含有多根纖芯、而每根纖芯又有自己的內(nèi)包層的單模光纖。這種光纖的明顯優(yōu)勢(shì)是成本較低。4芯的這種光纖的生產(chǎn)成本較普通的光纖約低50%。此外，這種光纖可以提高成纜的集成密度，同時(shí)也可降低施工成本。以上是光纖技術(shù)在近幾年里所取得的主要成就。至于光纜方面的成就，我們認(rèn)為主要表現(xiàn)在帶狀光纜的開(kāi)發(fā)成功及批量化生產(chǎn)方面。這種光纜是光纖接入網(wǎng)及局域網(wǎng)中必備的一種光纜。目前光纜的含纖數(shù)量達(dá)千根以上，有力地保證了接入網(wǎng)的建設(shè)。光有源器件的進(jìn)展光有源器件的研究與開(kāi)發(fā)本來(lái)是一個(gè)最為活躍的領(lǐng)域，但由于前幾年已取得輝煌的成果，所以當(dāng)今的活動(dòng)空間已大大縮小。超晶格結(jié)構(gòu)材料與量子阱器件，目前已完全成熟，而且可以大批量生產(chǎn)，已完全商品化，如多量子阱激光器(MQW-LD，MQW-DFBLD)。除此之外，目前已在下列幾方面取得重大成就。1.集成器件這里主要指光電集成(OEIC)已開(kāi)始商品化，如分布反饋激光器(DFB-LD)與電吸收調(diào)制器(EAMD)的集成，即DFB-EA，已開(kāi)始商品化;其它發(fā)射器件的集成，如DFB-LD、MQW-LD分別與MESFET或HBT或HEMT的集成;接收器件的集成主要是PIN、金屬?半導(dǎo)體?金屬探測(cè)器分別與MESFET或HBT或HEMT的前置放大電路的集成。雖然這些集成都已獲得成功，但還沒(méi)有商品化。2.垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)由于便于集成和高密度應(yīng)用，垂直腔面發(fā)射激光器受到廣泛重視。這種結(jié)構(gòu)的器件已在短波長(zhǎng)(ALGaAs/GaAs)方面取得巨大的成功，并開(kāi)始商品化;在長(zhǎng)波長(zhǎng)(InGaAsF/InP)方面的研制工作早已開(kāi)始進(jìn)行，目前也有少量商品?？梢詳嘌?，垂直腔面發(fā)射激光器將在接入網(wǎng)、局域網(wǎng)中發(fā)揮重大作用。3.窄帶響應(yīng)可調(diào)諧集成光子探測(cè)器由于DWDM光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信道間隔越來(lái)越小，甚至到0.1nm。為此，探測(cè)器的響應(yīng)譜半寬也應(yīng)基本上達(dá)到這個(gè)要求。恰好窄帶探測(cè)器有陡銳的響應(yīng)譜特性，能夠滿(mǎn)足這一要求。集F-P腔濾波器和光吸收有源層于一體的共振腔增強(qiáng)(RCE)型探測(cè)器能提供一個(gè)重要的全面解決方案。4.基于硅基的異質(zhì)材料的多量子阱器件與集成(SiGe/SiMQW)這方面的研究是一大熱點(diǎn)。眾所周知，硅(Si)、鍺(Ge)是簡(jiǎn)接帶源材料，發(fā)光效率很低，不適合作光電子器件，但是Si材料的半導(dǎo)體工藝非常成熟。于是人們?cè)O(shè)想，利用能帶剪裁工程使物質(zhì)改性，以達(dá)到在硅基基礎(chǔ)上制作光電子器件及其集成(主要是實(shí)現(xiàn)光電集成，即OEIC)的目的，這方面已取得巨大成就。在理論上有眾多的創(chuàng)新，在技術(shù)上有重大的突破，器件水平日趨完善。光無(wú)源器件與光有源器件同樣是不可缺少的。由于光纖接入網(wǎng)及全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，導(dǎo)致光無(wú)源器件的發(fā)展空前地?zé)衢T(mén)。常規(guī)的常用器件已達(dá)到一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，品種和性能也得到了極大的擴(kuò)展和改善。所謂光無(wú)源器件就是指光能量消耗型器件、其種類(lèi)繁多、功能各異，在光通信系統(tǒng)及光網(wǎng)絡(luò)中主要的作用是:連接光波導(dǎo)或光路;控制光的傳播方向;控制光功率的分配;控制光波導(dǎo)之間、器件之間和光波導(dǎo)與器件之間的光耦合;合波與分波;光信道的上下與交叉連接等。早期的幾種光無(wú)源器件已商品化。其中光纖活動(dòng)連接器無(wú)論在品種和產(chǎn)量方面都已有相當(dāng)大的規(guī)模，不僅滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)需要，而且有少量出口。光分路器(功分器)、光衰減器和光隔離器已有小批量生產(chǎn)。隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，相繼又出現(xiàn)了許多光無(wú)源器件，如環(huán)行器、色散補(bǔ)償器、增益平衡器、光的上下復(fù)用器、光交叉連接器、陣列波導(dǎo)光柵CAWG等等。這些都還處于研發(fā)階段或試生產(chǎn)階段，有的也能提供少量商品。按光纖通信技術(shù)發(fā)展的一般規(guī)律來(lái)看，當(dāng)光纖接入網(wǎng)大規(guī)模興建時(shí)，光無(wú)源器件的需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)光有源器件的需求。這主要是由于接入網(wǎng)的特點(diǎn)所決定的。接入網(wǎng)的市場(chǎng)約為整個(gè)通信市場(chǎng)的三分之一。因而，接入網(wǎng)產(chǎn)品有巨大的市場(chǎng)及潛在的市場(chǎng)。前面提到光復(fù)用技術(shù)，光復(fù)用技術(shù)種類(lèi)很多，其中最為重要的是波分復(fù)用(WDM)技術(shù)和光時(shí)分復(fù)用(OTDM)技術(shù)。光復(fù)用技術(shù)是當(dāng)今光纖通信技術(shù)中最為活躍的一個(gè)領(lǐng)域，它的技術(shù)進(jìn)步極大地推動(dòng)光纖通信事業(yè)的發(fā)展，給傳輸技術(shù)帶來(lái)了革命性的變革。波分復(fù)用當(dāng)前的商業(yè)水平是273個(gè)或更多的波長(zhǎng)，研究水平是1022個(gè)波長(zhǎng)(能傳輸368億路電話)，近期的潛在水平為幾千個(gè)波長(zhǎng)，理論極限約為15000個(gè)波長(zhǎng)(包括光的偏振模色散復(fù)用，OPDM)。據(jù)1999年5月多倫多的LightManagementGroupIncofToronto演示報(bào)導(dǎo)，在一根光纖中傳送了65536個(gè)光波，把PC數(shù)字信號(hào)傳送到200m的廣告板上，并采用聲光控制技術(shù)，這說(shuō)明了密集波分復(fù)用技術(shù)的潛在能力是巨大的。OTDM是指在一個(gè)光頻率上，在不同的時(shí)刻傳送不同的信道信息。這種復(fù)用的傳輸速度已達(dá)到320Gb/s的水平。若將DWDM與OTDM相結(jié)合，則會(huì)使復(fù)用的容量增加得更大，如虎添翼。對(duì)任何一個(gè)光纖通信系統(tǒng)，光放大技術(shù)都是至關(guān)重要的。光放大器的開(kāi)發(fā)成功及其產(chǎn)業(yè)化是光纖通信技術(shù)中的一個(gè)非常重要的成果，它大大地促進(jìn)了光復(fù)用技術(shù)、光孤子通信以及全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。顧名思義，光放大器就是放大光信號(hào)。在此之前，傳送信號(hào)的放大都是要實(shí)現(xiàn)光電變換及電光變換，即O/E/O變換。有了光放大器后就可直接實(shí)現(xiàn)光信號(hào)放大。光放大器主要有3種:光纖放大器、拉曼放大器以及半導(dǎo)體光放大器。光纖放大器就是在光纖中摻雜稀土離子(如鉺、鐠、銩等)作為激光活性物質(zhì)。每一種摻雜劑的增益帶寬是不同的。摻鉺光纖放大器的增益帶較寬，覆蓋S、C、L頻帶;摻銩光纖放大器的增益帶是S波段;摻鐠光纖放大器的增益帶在1310nm附近。而喇曼光放大器則是利用喇曼散射效應(yīng)制作成的光放大器，即大功率的激光注入光纖后，會(huì)發(fā)生非線性效應(yīng)喇曼散射。在不斷發(fā)生散射的過(guò)程中，把能量轉(zhuǎn)交給信號(hào)光，從而使信號(hào)光得到放大。由此不難理解，喇曼放大是一個(gè)分布式的放大過(guò)程，即沿整個(gè)線路逐漸放大的。其工作帶寬可以說(shuō)是很寬的，幾乎不受限制。這種光放大器已開(kāi)始商品化了，不過(guò)相當(dāng)昂貴。半導(dǎo)體光放大器(S0A)一般是指行波光放大器，工作原理與半導(dǎo)體激光器相類(lèi)似。其工作帶寬是很寬的。但增益幅度稍小一些，制造難度較大。這種光放大器雖然已實(shí)用了，但產(chǎn)量很小。四、數(shù)字光纖通信系統(tǒng)數(shù)字光纖通信是一門(mén)高新科學(xué)技術(shù)，近幾年來(lái)正以驚人的速度向越來(lái)越廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和更高級(jí)階段發(fā)展。大容量，長(zhǎng)距離的數(shù)字光纖通信傳輸系統(tǒng)正在逐步取代傳統(tǒng)的電纜傳輸通信系統(tǒng)，同時(shí)數(shù)字光纖長(zhǎng)途干線通信正在向標(biāo)準(zhǔn)同步數(shù)字系列的方向發(fā)展。隨著程控?cái)?shù)字交換的發(fā)展，交換與傳輸?shù)臄?shù)字化，又使數(shù)字光纖通信向用戶(hù)系統(tǒng)發(fā)展。數(shù)字光纖通信其所以發(fā)展得如此迅速，是因?yàn)閿?shù)字光纖通信與傳統(tǒng)的電纜傳輸通信相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，如傳輸帶寬很寬、通信容量大、中繼距離長(zhǎng)、保密性能好、投資少、見(jiàn)效快、管理維護(hù)方便等許多優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字光纖通信包括干線傳輸系統(tǒng)和用戶(hù)系統(tǒng)，本節(jié)只介紹數(shù)字光纖通信干線傳輸系統(tǒng)，并且只限于這樣系統(tǒng)的光纖通信設(shè)備。根據(jù)數(shù)字通信和數(shù)字光纖通信系統(tǒng)性能的需要，對(duì)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中的光通信設(shè)備有以下幾項(xiàng)主要性能指標(biāo)要求。（1）適應(yīng)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的信息傳輸比特率。數(shù)字光纖通信傳輸系統(tǒng)在數(shù)字通信中的作用與地位是取代其電纜傳輸。因此，其光纖通信設(shè)備必須適應(yīng)不同數(shù)字系列等級(jí)的需要，能傳輸相應(yīng)的信息比特率。這一點(diǎn)，國(guó)際電報(bào)電話咨詢(xún)委員會(huì)為了在通信網(wǎng)內(nèi)達(dá)到能夠相互聯(lián)通的可能性，對(duì)不同數(shù)字序列等級(jí)的比特率都作了明確的規(guī)定，分別ITU_TG.702建議對(duì)準(zhǔn)同步數(shù)字系列和IT_TG.707建議對(duì)同步數(shù)字系列比特率的規(guī)定。（2）適應(yīng)不同數(shù)字系列等級(jí)的接口要求。與不同數(shù)字系列等級(jí)比特率一樣，ITU_TG.703建議也有明確的規(guī)定，如接口碼型、比特濾容差、允許插入的衰減、輸入抖動(dòng)容限以及接反射損耗等，作為數(shù)字光纖通信系統(tǒng)光纖通信設(shè)備必須符合這些要求。設(shè)（3）具有能改善數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸性能的線路碼型。（4）具有盡可能高的平均發(fā)射光功率和光接收靈敏度。（5）具有完整的公務(wù)和監(jiān)控及告警功能。數(shù)字光纖通信傳輸基本原理是將數(shù)字通信中的數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)首先經(jīng)過(guò)電－光變換成光脈沖數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)光纖光纜傳輸?shù)綌?shù)字通信的對(duì)方，最后經(jīng)過(guò)光一電變換、放大、均衡與定時(shí)再生成數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)。這一變換過(guò)程如圖1-5-10所示，其中的光發(fā)送機(jī)完成電一光變換后由光源器件(激光器LD或發(fā)光二極管LED)發(fā)射光脈沖信號(hào)。光接收機(jī)完成光－電變換，即由光檢測(cè)器（PIN光電二極管或雪崩二級(jí)管APD）把光信號(hào)變換成電信號(hào)，經(jīng)光放大器放大、均衡和定時(shí)再生除數(shù)據(jù)信號(hào)。這個(gè)基本原理除了其中的光纖光纜外，就是光發(fā)送機(jī)和數(shù)字光接收機(jī)在數(shù)字通信系統(tǒng)中的作用。為了適應(yīng)數(shù)字通信和數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的需要，實(shí)際完整的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成，如圖1-5-11所示，它包括數(shù)字通信設(shè)備、光發(fā)送端機(jī)、光接收端機(jī)和光中繼器以及光線光纜傳輸線路。 圖1-11數(shù)字光纖通信系統(tǒng)組成原理圖圖1-11中的光發(fā)送端機(jī)與光接收端機(jī)統(tǒng)稱(chēng)為光端機(jī)。除了會(huì)有最基本的光發(fā)送與光接收外，還要有接口碼型變換電路和線路碼型變換電路兩個(gè)重要額組成部分。對(duì)不同的光纖通信系統(tǒng)所采用的線路碼型不同，光端機(jī)的具體電路結(jié)構(gòu)會(huì)有所變化，但是在結(jié)構(gòu)原理上是大致相同的，基本上都包括接口碼型變換電路、線路碼型變換電路、光接口變換電路、公務(wù)與監(jiān)控電路四大部分。更詳盡的內(nèi)容請(qǐng)自行參閱相關(guān)書(shū)籍。隨著對(duì)光通信的需求由骨干網(wǎng)逐步向城域網(wǎng)轉(zhuǎn)移，光傳輸逐漸靠近業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)。在應(yīng)用中人們覺(jué)得光通信僅僅作為一種傳輸手段尚未能完全適應(yīng)城域網(wǎng)的需要。作為業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，比較靠近用戶(hù)，特別對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的用戶(hù)，希望光通信既能提供傳輸功能，又能提供多種業(yè)務(wù)的接入功能。這樣的光通信技術(shù)實(shí)際上可以看作是傳輸與交換的融合。目前已廣泛使用的基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)MSTP，就是一個(gè)典型的實(shí)例?；赟DH的MSTP是指在SDH的平臺(tái)上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)TDM、ATM、以太網(wǎng)等業(yè)務(wù)的接入處理和傳送，提供統(tǒng)一網(wǎng)管的多業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)設(shè)備。實(shí)際上，有些MSTP設(shè)備除了提供上述業(yè)務(wù)外，還可以提供FR、FDDI、FiberChannel、FICON、ESCON等眾多類(lèi)型的業(yè)務(wù)。除了基于SDH的MSTP之外，還可以有基于WDM的MSTP。實(shí)際上是將WDM的每個(gè)波道分別用作各個(gè)業(yè)務(wù)的通道，即可以用透?jìng)鞯姆绞?，也可以支持各種業(yè)務(wù)的接入處理，如在FE、GE等端口中嵌入以太網(wǎng)2層甚至3層交換功能等，使WDM系統(tǒng)不僅僅具有傳送能力，而且具有業(yè)務(wù)提供能力。進(jìn)一步在光層網(wǎng)絡(luò)中，將傳輸與交換功能相結(jié)合的結(jié)果，則導(dǎo)出了自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)ASON的概念。ASON除了原有的光傳送平面和管理平面之外，還增加了控制平面，除了能實(shí)現(xiàn)原來(lái)光傳送網(wǎng)的固定型連接（硬連接）外，在信令的控制下，還可以實(shí)現(xiàn)交換的連接（軟連接）和混合連接。即除了傳送功能外，還有交換功能。課題三載波通信電力線載波(PLCc)是電力系統(tǒng)的一種特有的通信傳輸方式，它用高壓輸電線作為傳輸媒介，傳輸話音、數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)動(dòng)、電報(bào)和遠(yuǎn)方保護(hù)信號(hào)。由于輸電線線路本身非常堅(jiān)固，對(duì)自然界的各種不利因素(如惡劣天氣、外力破壞等)不甚敏感，所以它保證了載波電路的穩(wěn)定運(yùn)行。其次，電力線載波是沿著電力線路傳輸，而其傳輸?shù)男盘?hào)(如遠(yuǎn)方保護(hù)信號(hào))的途徑正好與之吻合，這樣就可以使電路建設(shè)的投資大大降低。用電力線載波傳輸電力系統(tǒng)各種信號(hào)的技術(shù)，經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn)，已經(jīng)被證明是一種非常有效和可靠的通信方式。因此，在電力系統(tǒng)中被廣泛地應(yīng)用。一、電力線載波基本概念電力線載波是一種將信號(hào)調(diào)制在電力輸送的工頻上的一種通信方式，它的傳輸采用抑制載波單邊帶調(diào)制的方式(如調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相)。其傳輸頻率通常在30～500kHz的范圍內(nèi)，傳輸帶寬為2～4kHz。復(fù)用載波機(jī)復(fù)用載波機(jī)是指載波機(jī)與保護(hù)接口設(shè)備合為一體，在同一傳輸電路中同時(shí)傳輸各種外部信息(全部或其中的兩種以上信息)的載波機(jī)，它們?cè)谀壳半娏ο到y(tǒng)內(nèi)應(yīng)用較為普遍。電力線載波機(jī)傳輸?shù)男畔⒖梢苑譃橥獠啃盘?hào)和內(nèi)部信號(hào)兩大類(lèi)，外部信號(hào)是指由載波機(jī)外部輸入和控制的信號(hào)；內(nèi)部信號(hào)是指載波機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生且不受外部控制的信號(hào)。這些信號(hào)分類(lèi)如表1-5-1所示。表1-5-1復(fù)用載波機(jī)信號(hào)表復(fù)用載波機(jī)傳輸?shù)男盘?hào)遠(yuǎn)動(dòng)或數(shù)據(jù)信號(hào)外部信號(hào)電話信號(hào)話音信號(hào)信令信號(hào)遠(yuǎn)方保護(hù)信號(hào)跳頻信號(hào)(命令信號(hào))監(jiān)頻信號(hào)內(nèi)部信號(hào)導(dǎo)頻信號(hào)同步信號(hào)（單相）上述各種信號(hào)經(jīng)兩次頻率搬移即兩次調(diào)制后變?yōu)榫€路傳輸頻譜送至對(duì)方，第一次調(diào)制即中頻調(diào)制所用的載波信號(hào)頻率為16kHz，調(diào)制后取用下邊帶，得到12~16kHz的中頻頻帶，邊帶是反置的；第二次調(diào)制即高頻調(diào)制所用的載波信號(hào)頻率根據(jù)電路的傳輸頻率確定，調(diào)制后也取用下邊帶，邊帶是正置的。傳輸頻譜的最低頻率加上16kHz，即為高頻載頻的信號(hào)頻率。4kHz帶寬的音頻頻帶內(nèi)各種信號(hào)的頻率位置按一定的規(guī)律排列。在高頻頻譜上，因?yàn)檫厧д?，因此這些信號(hào)的頻率很容易計(jì)算，如當(dāng)發(fā)信頻率為324~328kHz時(shí)，則同步信號(hào)的頻率為324kHz，導(dǎo)頻信號(hào)的頻率為(324+3.631)=327.631kHz。其他信號(hào)的頻率可以類(lèi)推。各種不同信號(hào)的頻譜配置情況，如圖1-12所示。圖1-5-12不同信號(hào)的頻譜配置圖電力線載波通道上的雜音電力線載波通道上的雜音大體上包括線路雜音、設(shè)備內(nèi)固有雜音、制際串?dāng)_形成的串雜音和路際串音形成的串雜音。1．線路雜音對(duì)于架空明線的線路，雜音的主要來(lái)源是線路臨近的電力線、電車(chē)線、長(zhǎng)波電臺(tái)、電報(bào)干擾、甚至雷電、風(fēng)沙、磁暴等都可以引起雜音。電纜線路由于鉛皮的屏蔽作用，外界干擾很小，相對(duì)而言，其雜音可以不考慮。電力線載波的線路雜音有電暈雜音和脈沖雜音兩種。電暈雜音是高壓電力線的導(dǎo)體發(fā)生電暈和絕緣子表面局部放電所造成的。這種雜音是在線路電壓的正半周發(fā)生的。由于電力線的三相都會(huì)產(chǎn)生雜音，所以在50Hz的系統(tǒng)中，電暈雜音主要由重復(fù)頻率為150Hz的短脈沖群組成。它的幅度隨頻率增高而略有減少，在30～500kHz范圍的電力線載波的工作頻帶內(nèi)，實(shí)際上可以認(rèn)為是白色雜音，也就是說(shuō)可以認(rèn)為雜音電壓的平方與頻帶寬度成正比。電暈放電取決于導(dǎo)線表面的電位梯度。而電位梯度與線路電壓值、線路結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線的直徑有關(guān)，特別是導(dǎo)線的直徑對(duì)電位梯度影響較大，所以當(dāng)電壓高于220kV時(shí)要用分裂導(dǎo)線，以獲得較大的等效導(dǎo)線直徑，減小電暈現(xiàn)象。另外，線路導(dǎo)線表面狀況對(duì)電暈有很大影響，導(dǎo)線表面的污染、潮濕、雨雪都能產(chǎn)生很高的雜音電平。有油膩及污染的新導(dǎo)線上的雜音電平和經(jīng)雨水濕透的清潔表面的導(dǎo)線上的雜音電平有相同的數(shù)量級(jí)。同一條清潔表面導(dǎo)線上的電暈雜音，在干燥天氣及大雨時(shí)的差值約為15～20dB。脈沖雜音是由電氣設(shè)備引起的，如隔離開(kāi)關(guān)和斷路器的投入和切斷、電力系統(tǒng)故障、電弧的起燃和熄滅以及大氣放電等原因產(chǎn)生的高幅值短尖突發(fā)脈沖群。這種雜音的幅值高而持續(xù)時(shí)間短，如斷路器的操作使線路充電斷電時(shí)產(chǎn)生的雜音幅值為-10~+25dBu(電壓電平)，持續(xù)時(shí)間約為10ms。所以，脈沖雜音對(duì)話音和遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)的傳輸均可認(rèn)為不受影響，而只要考慮電暈雜音即可，而對(duì)遠(yuǎn)方保護(hù)信號(hào)的傳輸就必須考慮脈沖雜音。2．載波設(shè)備的固有雜音它包括導(dǎo)體電阻的熱雜音、電子元?dú)饧臒犭s音、電源濾波不良的紋波電壓以及機(jī)內(nèi)布線不良引起的雜音。3．制際串雜音所引起的雜音這種串雜音主要是指同桿架設(shè)的明線間和同一電纜的線對(duì)間，由于傳輸頻譜互相倒置或位移的制際串?dāng)_所形成的雜音，只要注意明線的交叉和電纜線路的平衡，可以減小這種雜音。對(duì)電力線載波來(lái)說(shuō)，這種串雜音是指其他電力線載波設(shè)備傳輸?shù)男盘?hào)，串入本設(shè)備的不可懂串音，合理安排線路頻譜以及使收信支路有良好的選擇性，都是控制這類(lèi)串雜音的手段。4．路際串?dāng)_所引起的雜音它主要由于群路設(shè)備的非線性造成各通路之間的串雜音，要減小這種串雜音的措施是，提高群路部件的非線性衰耗，提高帶通濾波器的阻帶衰耗。此外，載波系統(tǒng)中濾波器對(duì)旁頻的防衛(wèi)度不夠，也會(huì)造成通路間的串音。在電力線載波中，同一載波設(shè)備中的各通路之間的不可懂串音，也是主要取決于線路放大器等的非線性和濾波器的阻帶衰耗。遠(yuǎn)方保護(hù)通道復(fù)用載波機(jī)為遠(yuǎn)方保護(hù)提供了一個(gè)便捷的通道。隨著電網(wǎng)的發(fā)展，系統(tǒng)的傳輸容量也越來(lái)越大，對(duì)保障系統(tǒng)運(yùn)行的保護(hù)設(shè)備提出了更高的要求。被保護(hù)設(shè)備和線路一旦發(fā)生故障，就要求快速、準(zhǔn)確、可靠地予以切除，以免擴(kuò)大事故范圍。要做到這一點(diǎn)，應(yīng)使繼電保護(hù)裝置及時(shí)了解自己保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)的實(shí)際情況，然后做出相應(yīng)反應(yīng)。而要及時(shí)了解故障情況，就應(yīng)使各站的繼電保護(hù)裝置通過(guò)通信電路互相交換(或稱(chēng)傳遞)收集或測(cè)量有關(guān)信息。這種通過(guò)相互交換信息來(lái)進(jìn)行保護(hù)的方式被稱(chēng)為遠(yuǎn)方保護(hù)，也可稱(chēng)為縱聯(lián)保護(hù)。圖1-5-13遠(yuǎn)方保護(hù)通道示意圖1-5-繼電保護(hù)裝置；2－保護(hù)信號(hào)接口設(shè)備；3－通信設(shè)備傳輸遠(yuǎn)方保護(hù)信號(hào)的通信通道叫遠(yuǎn)方保護(hù)通道，也可以簡(jiǎn)稱(chēng)為遠(yuǎn)方保護(hù)通道。圖1-5-13就是一個(gè)單向傳輸?shù)倪h(yuǎn)方保護(hù)通道框圖。圖1-5-13中，繼電保護(hù)裝置1、保護(hù)信號(hào)接口設(shè)備2、通信設(shè)備3均是載波設(shè)備，2和3設(shè)備可以合二為一組成復(fù)用載波機(jī)。遠(yuǎn)方保護(hù)通道包括保護(hù)信號(hào)接口設(shè)備、通信設(shè)備和通信傳輸媒介(圖1-5-13中虛線部分)。通信傳輸媒介可以是金屬導(dǎo)線(如電話線，導(dǎo)引電纜等)、電力線、微波和光纖。通信設(shè)備是根據(jù)通信傳輸媒介的性質(zhì)來(lái)確定的，也就是說(shuō)通信設(shè)備應(yīng)與傳輸媒介相配套。目前電力系統(tǒng)中應(yīng)用最廣的是電力線載波遠(yuǎn)方保護(hù)通道。根據(jù)遠(yuǎn)方保護(hù)通道的傳輸時(shí)間長(zhǎng)短，將它們分為快速通道和慢速通道。一般將t0<20ms的保護(hù)通道稱(chēng)為快速通道；t0>20ms的保護(hù)通道稱(chēng)為慢速通道。t0是指設(shè)備在背靠背情況下測(cè)得的標(biāo)稱(chēng)傳輸時(shí)間?？焖偻ǖ烙糜趥鬏旈]鎖式或允許式命令信號(hào)。閉鎖命令信號(hào)的傳輸時(shí)間一般為5－15ms，典型值為10ms；允許式命令信號(hào)的傳輸時(shí)間一般為10～20ms，典型值為15ms。慢速通道用于傳輸遠(yuǎn)方直接跳閘命令信號(hào)，它的傳輸時(shí)間一般為25～40ms，典型值為30ms。二、繼電保護(hù)與通訊復(fù)用載波機(jī)的連接方式本節(jié)中主要借助西門(mén)子公司的ESB2000i電力載波機(jī)來(lái)說(shuō)明與繼電保護(hù)的接口連接方式。西門(mén)子公司制造的ESB2000i型終端載波機(jī)在下列線路中，傳輸話音、數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)、電報(bào)和遠(yuǎn)方保護(hù)信號(hào)，傳輸頻率范圍為24～500KHz。中高壓架空電力線和電纜。載波電纜和受高壓干擾的架空線路。高壓線路具有線路距離較長(zhǎng)、衰減大干擾嚴(yán)重等特殊性，因此電力線路載波機(jī)必須有較高的輸出功率。當(dāng)傳輸保護(hù)信號(hào)時(shí)，還需要考慮設(shè)備的可靠性和安全性。所以提高選擇性可以充分利用載波傳輸頻率。20KHz以?xún)?nèi)