信息傳輸基礎課件

第3章電力系統(tǒng)遠動技術3.1信息傳輸基礎

點與點之間建立的通信系統(tǒng)是通信的最基本形式，其模型如下圖所示。通信系統(tǒng)模型3.1.1模擬通信和數(shù)字通信1、定義：模擬通信一般指的是信源發(fā)出的、信宿接收的和信道傳輸?shù)牡榷际悄M信號的通信過程或方式。數(shù)字通信一般是指以數(shù)字信號的形式傳輸信號的系統(tǒng)。2、數(shù)字通信具有的特點：抗干擾能力強。便于進行信號加工與處理。傳輸中出現(xiàn)的差錯(誤碼)可以設法控制，提高了傳輸質(zhì)量。數(shù)字信息易于加密且保密性強。能夠傳輸語音、電視和數(shù)據(jù)等多種信息，增加了通信系統(tǒng)的靈活性和通用性。當然，根據(jù)不同的分類方法，還有其他傳輸類型：按通信對象數(shù)量的不同，可分為：點到點通信、點到多點通信和多點到多點通信。按信號傳輸?shù)姆较蚝蛡鬏敃r間的不同，可分為：單工方式、半雙工方式和雙工方式。按通信終端的連接方式，可分為：直通方式和交換方式（需交換機）。按同步方式的不同，可分為：同步通信和異步通信。3.1.3信息傳輸速率與碼誤率1.信息傳輸速率數(shù)字信號由碼元組成，定義單位時間傳輸?shù)拇a元數(shù)為碼元速率Rs，單位為碼元／s，又稱波特(baud)，簡記為Bd，所以碼元速率也稱波特率。定義單位時間傳輸?shù)男畔⒘繛樾畔⑺俾蔙b，單位為bit/s（比特／秒)，所以信息速率又稱比特率。

碼元可以是二進制的，也可以是多進制的，進制不同的碼元攜帶的信息量不同。一個二進制碼元的信息量為1bit，一個M進制碼元的信息量為bit，所以碼元速率Rs和信息速率Rb之間的關系為

如每秒鐘傳送2400個碼元，則碼元速率為2400baud采用二進制時，信息速率為2400bit/s；若采用四進制時，信息速率為4800bit/s。或3.1.4異步傳輸和同步傳輸1.異步通信異步通信數(shù)據(jù)傳輸格式優(yōu)點：異步傳輸方式實質(zhì)上僅是一個字符的較短時間內(nèi)保持著收、發(fā)時序的同步，而在空閑時間內(nèi)則可以是異步的。這樣對兩端時鐘的精度和穩(wěn)定性要求較寬。缺點：傳輸時每個字符都加了起始位和終止位，使有效信息位降低了，因此通信效率也降低了。2.同步通信接收端的時鐘嚴格保持與發(fā)送端一致，同步通信時一個數(shù)據(jù)幀中包含有如下幾個部分：同步字、控制字、數(shù)據(jù)字。同步通信數(shù)據(jù)傳輸格式同步字為一幀開始的標志，是一種很特別的碼元組合，通常選擇在數(shù)據(jù)碼中極少出現(xiàn)的碼型。同步字后面是控制字，對本幀長度、發(fā)送地址、目的地址、信息類別等加以說明。接著是數(shù)據(jù)字。3.2電力系統(tǒng)遠動通信系統(tǒng)簡介3.2.1數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)信源：電網(wǎng)中的各種信息源，如電壓、電流、功率、頻率、開關信號等。信源編碼：把各種信源轉(zhuǎn)換成易于傳輸?shù)臄?shù)字信號。信道編碼：是為了保護所傳輸?shù)男畔?，增加保護碼元。調(diào)制器：將輸入的數(shù)字基帶信號經(jīng)過載波調(diào)制，變換為適合信道傳輸?shù)念l帶信號的器件。3.2.2數(shù)字信號的調(diào)制與解調(diào)1、數(shù)字信號的調(diào)制數(shù)字調(diào)制過程：用數(shù)字基帶信號控制載波（正弦波）的某一參量—幅度、頻率或相位，使載波的幅度、頻率或相位隨數(shù)字基帶信號的變化而變化。調(diào)制：將輸入的數(shù)字基帶信號經(jīng)過載波調(diào)制，變換為適合信道傳輸?shù)念l帶信號。下面講一下數(shù)字信號的三種調(diào)制方式。用數(shù)字基帶信號控制載波的幅度，稱為振幅調(diào)制或振幅鍵控(ASK)。用數(shù)字基帶信號控制載波的頻率，稱為頻率調(diào)制或頻率鍵控(FSK)。用數(shù)字基帶信號控制載波的相位，稱為相位調(diào)制或相位鍵控(PSK)。頻率鍵控非相干解調(diào)原理框圖頻率鍵控非相干解調(diào)過程各點波形圖（2）（3）相位鍵控相干解調(diào)過程各點波形圖相位鍵控相干解調(diào)原理框圖為了解決信號解調(diào)過程的反向工作問題，可采用相對移相鍵控(DPSK)方式。二進制數(shù)字信息： 1101001110其對應的DPSK信號相位為：0π00πππ0π00或π0ππ000π0ππ現(xiàn)場總線的現(xiàn)場儀表所采用的雙向數(shù)字通信方式，較模擬信號通信方式，具有以下優(yōu)點：由于采用數(shù)字傳輸方式，可以實現(xiàn)高精度的信息處理，提高控制質(zhì)量；由于實現(xiàn)了多重通信，除了可以傳送過程變量、控制變量之外，還傳送大量的現(xiàn)場設備管理信息；現(xiàn)場儀表之間可以通信，實現(xiàn)了現(xiàn)場儀表的自律分散控制；由于現(xiàn)場總線儀表具有互操作性，不同廠家的儀表可以自由組合，為用戶提供了更廣泛的選擇余地；實現(xiàn)了測量儀表、電氣儀表、分析儀表的綜合化；在控制室就可以對現(xiàn)場儀表進行調(diào)試、校驗、診斷和維護;一根雙絞線可連接多臺設備,從而減少導線數(shù)量，降低配線成本。目前幾種有影響的現(xiàn)場總線有：基金會、LonWorks、PROFIBUS、CAN、HART等現(xiàn)場總線。不同的現(xiàn)場總線，具有不同的體系結(jié)構(gòu)，分為不同的層次，每個層次具有不同的具體含義。

如基金會現(xiàn)場總線定義了三個層次：(1)物理層定義信號如何發(fā)送，其從上層接收編碼信息并在現(xiàn)場總線傳輸媒體上將其轉(zhuǎn)換成物理信號，亦可以進行相反的過程。(2)通信層定義設備間網(wǎng)絡如何被共享和調(diào)度，它控制信息通過物理層傳輸?shù)浆F(xiàn)場總線，同時通過鏈接活動調(diào)度器(用來規(guī)定確定信息的傳輸和批準設備間數(shù)據(jù)的交換)連接到現(xiàn)場總線。并且此層負責對用戶層命令進行編碼和解碼。(3)用戶層它定義了一個利用資源模塊、轉(zhuǎn)換模塊、系統(tǒng)管理和設備描述等技術的功能模塊應用過程。其中如資源模塊定義了整個應用過程(如制造標識,設備類型等)的參數(shù)；功能模塊濃縮了控制功能(如PID控制器，模擬輸入等)；轉(zhuǎn)換模塊表示溫度、壓力、流量等傳感器的接口。局域網(wǎng)的典型拓撲結(jié)構(gòu)有星(star)形、環(huán)(ring)形、總線(bus)形和樹(tree)形等四種:

以中央節(jié)點為中心，然后均以單獨的鏈路使處理中心與其他工作站相連，這種形式又稱集中式網(wǎng)絡。1)星型拓撲結(jié)構(gòu)

2)環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)

各個收發(fā)器接成環(huán)形，信息在連接的環(huán)路中傳送時，必須穿過接于環(huán)路中各個節(jié)點的通信控制處理機，只有信息流中的目的地址和某個通信控制處理機在環(huán)路中的地址相同時，信息才被接收。在環(huán)形網(wǎng)絡中，接于環(huán)路中的任何模塊都可以請求發(fā)送信息，其請求一旦被批難后，即可向環(huán)路發(fā)送信息。電力公司中應用LAN主要從辦公自動化(OA)和工廠自動化(FA)兩個方面展開。對于在OA中應用LAN,大體分以下三個階段：(1)第一階段為起步階段，供電公司中心所在地開始