通信知識整理080307教材

1、一、基本概念1通信通信按照傳統(tǒng)的理解就是信息的傳輸與交換。2離散消息 也稱為數字消息，是指消息的狀態(tài)是可數的或離散型的，比如符號、文字或 數據等。3連續(xù)消息指其狀態(tài)是連續(xù)變化的消息，如連續(xù)變化的語言、圖像等，也稱為模擬消息。4基帶信號通常我們將發(fā)送端調制前和接收端解調后的信號稱為基帶信號5頻帶信號經過調制的信號稱為已調信號，也稱為頻帶信號。6串行傳輸將數字信號碼元序列按時間順序一個接一個地在信道中傳輸。7并行傳輸 將數字信號碼元序列分割成兩路或兩路以上的數字信號碼元序列同時在信道 中傳輸。8通信規(guī)約分為循環(huán)傳送式規(guī)約、應答式規(guī)約、對等式規(guī)約。9GPRS/CDMAGPRS： Gerneral P

2、acker Radio Service，中文譯為通用無線分組業(yè)務。提供端 到端的、廣域的無線 IP 連接。CDMA ：Code Division multiple Access。CDMA 技術的原理是基于 擴頻技術，即將需傳送的具有一定信號帶寬信息數據，用一個帶寬遠 大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調制，使原數據信號的帶寬被擴 展，再經載波調制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機碼，與 接收的帶寬信號作相關處理，把寬帶信號換成原信息數據的窄帶信號即解擴，以實現(xiàn)信息通信。10電力線載波通信 PLC( Power Ling Carrier) 是利用了現(xiàn)成的電力線構成信息通道，不必考慮架設專用線路，

3、并且不必經 過無線電管理委員會( FCC)的許可而建立起來的一種特有的通信方式，具有高 度的可靠性和經濟性，而且與電網調度分級管理的分布基本一致，已經成熟而有 效地應用于電力系統(tǒng)，成為電力系統(tǒng)的主要通信信道。主要服務于用電力傳輸線 傳輸繼電保護、 SCADA 和語音通信所需的信息。按電力線載波通信所采用的通信線的不同， PLC 分為輸電線載波通信 TLC (Transmition Line Carrier )、配電線載波通信 DLC (Distribution Line Carrier )和 低壓配電線載波通信(又稱為入戶線載波通信)三類。11脈動控制技術( Ripple Control) 工

4、作原理類似于輸電線載波通信，也是將高頻信號注入到電力傳輸線上，對 信息的調制方式是通過讓脈動有或無實現(xiàn)。它的頻率較低，低于2kHz(一般為100-500Hz)。主要適用于單向通信的場合如負荷控制。12工頻控制技術 是一種雙向通信方式，利用電力傳輸線作為信號傳輸途徑，并利用電壓過零 的時機進行信號調制。目前被美國和加拿大廣泛應用于遠方自動抄表和零散負荷 控制等。13電纜通信 使用專用的或工業(yè)的通信電纜作為設備之間的信道，是一種質量高的信息傳 送方式。14光纖通信以光波為信息載體，以光導纖維作為傳輸介質的先進的通信手段。15現(xiàn)場總線和 RS-485 接口現(xiàn)場總線( Field Bus)是連接只能現(xiàn)

5、場設備和自動化系統(tǒng)的數字式雙向傳輸 多分支結構的通信網絡， 適合于用來滿足 RTU 和附近區(qū)域工作站間的通信， 以及 發(fā)電廠、變電站自動化中智能模塊之間的通信。在一些對實時性要求不高的場合如遠方抄表， 也可采用 RS-485 方式通信代替 現(xiàn)場總線。16無線電通信系統(tǒng)利用電磁波在空間傳播信息，是一種覆蓋面廣的通信方式，不需傳輸線，可 構成雙向通信系統(tǒng)，可與停電區(qū)域通信。包括調幅（ AM ）廣播、調頻（ FM）廣 播、無線尋呼網、高頻通信、特高頻通信。17無線擴頻通信對于任意給定的信噪比，可用增大傳輸帶寬來獲得較低的信息差錯率。利用 此原理可開展無線擴頻通信。較適用于構成 10kV 開閉所、小區(qū)

6、變或用于集結分 散測控對象的區(qū)域工作站對配電自動化 SCADA 控制中心間的數據通信。由于成本原因，配電自動化系統(tǒng)中不便于采用此方式為數目眾多的分散測控 點（如 RTU）通信。18電話線廣泛應用于 SCADA 和繼電保護中，是一種成熟的通信方式，可以達到較高 的波特率，易于實現(xiàn)雙向通信。但租用費用高、無法掌握維護?？煞譃樽庥秒娫?專線和公用電話網撥號兩種方式。19微波中繼通信優(yōu)點：頻帶寬，可容納數量很多的無線電頻道而不致互相干擾；微波收發(fā)信 機的通頻帶可以做得很寬，一套設備可做多套通信；受外界干擾小，通信穩(wěn)定； 方向性強，保密性好，每公里話路成本比有線通信低。目前廣泛應用于高壓電網 調度自動化

7、系統(tǒng)中。20衛(wèi)星通信利用位于同步軌道的通信衛(wèi)星作為中繼站來轉發(fā)或反射無線電信號，在兩國 或多個地面站之間進行通信。不受地形和距離限制、通信容量大、不受大氣層騷 動的影響，通信可靠。 另一用途是利用 GPS全球定位系統(tǒng)來統(tǒng)一系統(tǒng)時間， 提高 SOE 站間分辨率指標。（SOE： Sequence Of Events 順序事件記錄） 21節(jié)：轉接節(jié)點和訪問節(jié)點（1）轉接節(jié)點：通信控制處理機和集中器 通信控制處理機的主要任務是信息差錯控制與處理；信息傳送路徑的選擇、 建立與拆除；數據報文的分組和裝配等，其作用是路中的信息傳輸和數據流的控 制。集中器：當某一地點有多個終端存在時，為了簡化網絡，把這些終端

8、通過短 線路接入一個集中器，然后通過 12 條線路接入主機或通信控制處理機上，再通 過高速線路接入網絡，以提高通信效率與降低成本。（2）訪問節(jié)點：包括主計算機和信息終端，具有信源和信宿的作用 主計算機：在網絡中負責數據的處理和分析，以數據庫的形式成為網絡的數 據共享資源。信息終端：負責信息的采集、控制命令的執(zhí)行及信息的顯示與打印。終端與 通信控制處理機或主機直接相連的稱為近程終端，通過集中器與通信控制處理機 相連的稱為遠程終端。22路：分為鏈路和通路鏈路：兩個節(jié)點之間承載信息流的線路或信道，使用的介質可以是電話線、 光纖、微波等。鏈路容量：單位時間內鏈路上可承載的最大信息量。 通路：由從信源到

9、信宿的若干節(jié)點和鏈路組成。指由路由建立起來的穿越通 信網絡的“信源 -信宿”鏈路。23AM/FM/PMAM ： Amplitude Modulation ，調幅FM ： Fequency Modulation，調頻PM： Phase Modulation，調相24基本調制技術： ASK/FSK/PSKASK ：幅移鍵控FSK：頻移鍵控PSK：相移鍵控，使用更廣泛- 4 -25PCM/DMPCM：Pulse Code Modulation，即脈沖編碼調制。是為了用數字方式傳輸或存 儲模擬信號，對模擬信號進行數字化的一種方法。 PCM 被廣泛用于電話通信中的 語音傳遞和利用無線電傳輸的遙測系統(tǒng)中。

10、它把模擬信號變?yōu)橐幌盗性跁r間和幅 度上都離散化的數字信號，然后再進一步把已離散的信號以一定的編碼方法將其 變?yōu)槎M制代碼。其編碼過程分為抽樣、量化、壓縮、編碼幾個步驟。DM ：Delta Modulation，增量調制。一種預測編碼技術，是 PCM 編碼的一種 變形。PCM 是對每個采樣信號的整個幅度進行量化編碼， 因此它具有對任意波形 進行編碼的能力； DM 是對實際的采樣信號與預測的采樣信號之差的極性進行編 碼，將極性變成“ 0”和“ 1”這兩種可能的取值之一。如果實際的采樣信號與預 測的采樣信號之差的極性為“正” ，則用“ 1”表示；相反則用“ 0”表示，或者 相反。由于 DM 編碼只須

11、用 1位對話音信號進行編碼， 所以 DM 編碼系統(tǒng)又稱為 “1 位系統(tǒng)”。26雙邊帶調制 DSB27單邊帶調制 SSB28殘留邊帶調制 VSB29頻分復用 FDM (Frequency Division Multiplex ) 頻率分割制。將傳輸信號經過處理，安排在互不重疊的頻段內，經相加器合 成后在一個信道上傳輸。用頻譜搬移的方法使不同的信號占據不同的頻律范圍。30時分復用 TDM ( Time Division Multiplex )時間分割制。各個不同信號按先后順序安排在不同的時間間隔內，接受端用 時間電子開關切換各個信號，即在固定的一個時間間隔內開放一個固定的通路對 應的一個信號通過，

12、下一個時間間隔內開放另一通路，依次循環(huán)。用抽樣或脈沖調制的方法使不同信號占據不同的時間區(qū)間。31碼分復用 CDM(Code Division Multiplex ) 靠不同的編碼來區(qū)分各路原始信號。 用一組包含互相正交的碼字的碼組攜帶多路信號。32波分復用 WDM (Wave Division Multiplex ) 是指在一根光纖上不只是傳送一個光載波而是同時傳送多個波長不同的光載 波.這樣一來原來在一根光纖上只能傳送一個光載波的單一光信道變?yōu)榭蓚魉投?個不同波長光載波的光信道使得光纖的傳輸能力成倍增加33常用調制方式及用途調制方式用途舉例載波調制線性調制常規(guī)雙邊帶調幅 AM廣播單邊帶調制

13、SSB載波通信，短波無線電話通信雙邊帶調制 DSB立體聲廣播非線性調制頻率調制 FM微波中繼、衛(wèi)星通信相位調制 TM中間調制方式數字調制振幅鍵控 ASK數據傳輸頻移鍵控 FSK數據傳輸相位鍵控 PSK 、DPSK數據傳輸其它高效數字調制 QAM 、 MSK數字微波、空間通信脈沖調制脈沖模擬調制脈幅調制 PAM中間調制方式、遙測脈寬調制 PDM中間調制方式脈位調制 PPM遙測、光纖傳輸脈沖數字調制脈碼調制 PCM市話中繼線、衛(wèi)星、空間通信增量調制 DM軍用、民用數字電話差分脈碼調制 DPCM電視電話、圖像編碼其它編碼方式 ADPCM中速數字電話34單工通信( Simplex)消息只能單方向傳輸的

14、工作方式。如遙測、遙控等。35半雙工通信( Half Duplex ) 通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時進行收發(fā)的工作方式。如使用同一載頻 工作的無線電對講機。36全雙工通信( Full Duplex )通信雙方可同時進行收發(fā)消息的工作方式。如普通電話。37異步通信通信中，收發(fā)兩端的時鐘不同步38同步通信通信中，收發(fā)兩端的時鐘一致39數據傳輸的差錯控制循環(huán)檢錯法；檢錯重發(fā)法；反饋檢驗法；前向糾錯法40廠站內系統(tǒng)站級通信總線和間隔級通信總線都采用基于以太網的 IEC61850 系列標準。41主站與廠站之間數據通信可采用 IEC69870-6TASE.2或擴展的 IEC61850 系列標準。42主

15、站側系統(tǒng)主站側各應用系統(tǒng)遵從 IEC61970系列標準（ CIM/CIS ）。43通信規(guī)約種類可分為循環(huán)傳送式規(guī)約、應答式規(guī)約、對等式規(guī)約。44循環(huán)傳送式規(guī)約特點1）以現(xiàn)場端為主，不斷循環(huán)上報現(xiàn)場數據給主站，主站被動接受，即使暫時 通信失敗仍不致丟失信息造成顯著危害。2）信息字校驗，大大提高傳輸數據的利用率。3）遙信變位優(yōu)先插入傳送的方式，重要數據發(fā)送周期短，提高事故信息傳送 的相應速度，實時性強。數據發(fā)送周期長，實時性差，主站對一般遙測量變化的 相應速度慢。4）容量較應答式規(guī)約大5）允許多個從站和多個主站間進行數據交換，通道須全雙工，多臺RTU 只能采用點對點的方式連接。45應答式規(guī)約（1）

16、特點：1）允許多臺 RTU 以共線方式共用一個通道，有助于節(jié)省通道，提高通道占 用率。2）可采用變化信息傳送策略，大大壓縮了數據塊的長度，提高了傳送速度。3）可采用全雙工或半雙工通道，可采用點對點或一點多址或環(huán)形結構，通道 適應性強。（2）不足：1）非主動上報規(guī)約，主站對數據的采集速度慢，尤其是當通道的傳輸速率較 低時；2）通信失敗會帶來較大損失，補發(fā)次數有限，通道質量較差時仍容易發(fā)生重 要信息丟失的現(xiàn)象。3）采用整幀校驗，由于一幀信息出錯率較大，校驗出錯后需整幀丟棄并阻止 重發(fā)，降低了實時性。4）出錯棄幀時需經重新詢問， RTU 才重發(fā)前面所丟棄的數據幀。46對等式規(guī)約47計算機網絡的拓撲結

17、構 主要有總線網、樹形網、星形網、環(huán)形網和分布式結構。 （1）星形結構的特點是集中式控制。（ 2）總線結構任一個時刻指由一個節(jié)點可以占用總線發(fā)送數據， 其它節(jié)點只 能接收數據，應由控制機制解決總線爭用問題。總線大多采用同軸電纜或雙絞線 或扁平電纜，兩端用終端匹配器實現(xiàn)阻抗匹配。特點是結構簡單， 需要增加節(jié)點時只要增加一個分支接口即可； 總線可延長， 但受到長度限制；總線上無控制裝置，需要控制機制確定節(jié)點的發(fā)送權兒變得復 雜 ，有時可能造成關鍵信息的延時發(fā)送。（3）樹形結構：分級的集中控制式網絡。與星形網絡相比，通信線路總長度 較短、成本低、易于擴展、路由確定較方便，但這種形式的網絡中人一個節(jié)點

18、或 主干線路發(fā)生故障，將影響整個網絡。（4）環(huán)形結構：由封閉的環(huán)組成、每個節(jié)點接到一個轉發(fā)器。報文按一個方 向沿著環(huán)一站一站地傳送。任何一個節(jié)點故障，都將導致整個環(huán)的通信中斷。5）分布式結構：主機或用戶終端以及通信控制機相互固定連接，通信控制機相連構成通信子網，通信子網中每個節(jié)點至少有兩條線路與其它節(jié)點相連 般的廣域網均采用分布式結構。二、通信過程（規(guī)劃相關）1通信系統(tǒng)的簡化模型2通信方式載波、光纖、無線3信道全雙工、半雙工、單工通信4信號傳輸規(guī)約循環(huán)、應答、對等5輔助系統(tǒng)調制、差錯控制、信號中繼6組網局域網、星形、環(huán)形、三、光纖通信1光纖通信原理（流程）圖2光纖分類 按纖芯折射率變化情況，分

19、為階躍光纖和漸變光纖； 按傳輸模式，分為單模光纖和多模光纖；3光纖通信系統(tǒng)分類按傳輸的光波長劃分：（ 1）短波長光纖通信，工作波長 0.80.9um，中繼距離短于 10km（ 2）長波長光纖通信， 1.01.6um，中繼距離可大于 100km（3）超長波長光纖通信， 2.0um以上，中繼距離可達 1000km 以上 按光纖種類劃分：（ 1）多模光纖通信，傳輸容量小，一般在 140Mbit/s 以下（ 2）單模光纖通信，傳輸容量大，一般在 140Mbit/s 以上 按傳輸信號形式劃分：（1）數字通信系統(tǒng)，傳輸數字信號，抗干擾能力強 （2）模擬通信系統(tǒng)，傳輸模擬信號，僅適用于短距離傳輸 按網絡形式劃分（ 1）點對點，一般用于設備內部通信（如用于聯(lián)系分布式 RTU 內各智能模 塊的內部串行總線） ，或設備之間短距離通信（如智