電力系統(tǒng)通信概述和光纖通信介紹

1、電力系統(tǒng)通信概述和光纖通信介紹第一章 概述數(shù)字通信系統(tǒng)模型信息源：產(chǎn)生和發(fā)出消息的人或機(jī)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(jī)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(hào)或數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為合乎要求的數(shù)碼序列；信道編碼器：給數(shù)碼序列按一定規(guī)則加入監(jiān)督碼元，使接收端能發(fā)現(xiàn)或糾正錯(cuò)誤碼元，用于提高傳送的可靠性。調(diào)制器：將信道編碼器輸出的數(shù)碼變換為適合于在信道上傳送的調(diào)制信號(hào)后再送往信道；解調(diào)器：將收到的調(diào)制信號(hào)變換為數(shù)字序列。解調(diào)是調(diào)制的逆變換。信道：傳送信號(hào)的媒質(zhì)。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(shù)碼序列進(jìn)行檢錯(cuò)或糾錯(cuò)譯碼；信

2、源譯碼器：把經(jīng)信道譯碼器處理后的數(shù)字序列變換為相應(yīng)的信號(hào)送給受信者。同步：用于保證收發(fā)兩端步調(diào)一致，協(xié)同工作。是通信系統(tǒng)中不可缺少的組成部分，如收發(fā)兩端失去同步，數(shù)字通信系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)大量錯(cuò)碼，無法正常工作。電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕灸Ｊ窖h(huán)傳輸模式自發(fā)（事件發(fā)動(dòng)）傳輸模式按請求（問答）傳輸模式電力系統(tǒng)信息傳輸?shù)幕竟ぷ髂Ｊ窖h(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(diǎn)：無需主站干預(yù)，傳輸信息時(shí)只需使用單向信道。當(dāng)傳輸過程中某些數(shù)據(jù)出現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)，由于是循環(huán)傳送，因而可以用下一個(gè)循環(huán)中的數(shù)據(jù)來補(bǔ)救。信道利用率不高。自發(fā)（事件發(fā)動(dòng)）傳輸模式只有在發(fā)送端發(fā)生事件時(shí)（例如開關(guān)位置狀態(tài)發(fā)生變化，測量

3、值的變動(dòng)超過預(yù)訂范圍）才向主站發(fā)送信息。特點(diǎn)：適合實(shí)時(shí)性要求。需要雙向信道。反向信道用于傳送“肯定確認(rèn)”或“否定確認(rèn)”信息。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)減輕了信道的負(fù)擔(dān)，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(dòng)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(guān)信息。特點(diǎn)：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(shí)時(shí)性。實(shí)際使用時(shí)，將三種基本傳輸模式進(jìn)行組合。例如：正常情況下以循環(huán)傳輸模式工作，當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，例如斷路器事故跳閘，就插入事件發(fā)動(dòng)傳輸事件信息。待緊急事件信息傳輸完畢后，再回復(fù)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(jí)最高，循環(huán)傳輸模式的優(yōu)先級(jí)最低。模擬信號(hào)數(shù)字化脈沖編碼調(diào)制PCMPCM是一種用一組二進(jìn)制數(shù)字代碼來代替連續(xù)信號(hào)的抽樣值，從而實(shí)現(xiàn)通信的方式。其特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)。因此，它在光纖通信、數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信中均得到了極為廣泛的應(yīng)用。PCM包括三個(gè)過程：抽樣、量化和編碼，如圖所示。 抽樣量化編碼復(fù)用的概念復(fù)用與分用語音信號(hào)的復(fù)用波分復(fù)用光纖的衰減特性時(shí)分復(fù)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(shù)據(jù)采集及監(jiān)視系統(tǒng)調(diào)度工作站幀：同步TDM和統(tǒng)計(jì)

5、TDM對比數(shù)字調(diào)制與解調(diào)利用二進(jìn)制基帶信號(hào)改變載波的幅值（ASK)、頻率（FSK）或相位（PSK,DPSK），使信號(hào)適合在帶通信道上傳輸載波：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制ASK波形及頻譜2FSK信號(hào)波形及頻譜2PSK信號(hào)波形及DPSK信號(hào)波形同步同步是通信系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。指收發(fā)兩端的時(shí)鐘頻率相同、相位一致的運(yùn)轉(zhuǎn)。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(gè)碼元的起始時(shí)刻和停止時(shí)刻。在接收端產(chǎn)生碼元定時(shí)脈沖序列，此定時(shí)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(shí)，總是把若干個(gè)碼元組成一組，若干個(gè)組又聯(lián)合成幀，在接收端必須知道這些組的起始時(shí)刻和

6、終止時(shí)刻。在接收端產(chǎn)生和發(fā)送端一致的組和幀的定時(shí)脈沖序列，稱為組同步和幀同步，統(tǒng)稱群同步。群同步實(shí)現(xiàn)：特定的數(shù)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(jié)束，從而把本端的時(shí)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(xiàn)誤碼，失去其特定形式，接收端不能識(shí)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(jī)的，可能出現(xiàn)一段信息序列和同步碼相同，接收端收到后誤認(rèn)為是同步碼，進(jìn)行了錯(cuò)誤的整步。希望盡可能少發(fā)生假同步幀同步保護(hù)幀同步保護(hù)：為了改善同步系統(tǒng)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(tǒng)中采取一些附加的措施。常用的幀同步保護(hù)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(shí)，接收端只在每幀的固定時(shí)間段內(nèi)（例如一幀的開始）接收同步碼，以維持同步，這個(gè)過程稱為“維持狀態(tài)”。由于只在幀同步碼出現(xiàn)的時(shí)刻接收同步碼，其他時(shí)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(dāng)接收端連續(xù)多次收不到幀同步碼時(shí)，稱為失步。這是接收端應(yīng)隨時(shí)對所有收到的信號(hào)進(jìn)行檢查，判別它是否為同步碼。這個(gè)過程叫做捕捉狀態(tài)。在捕捉狀態(tài)時(shí)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(jìn)行整步后，又轉(zhuǎn)入維持狀態(tài)。通信子網(wǎng)的組成廣域網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)廣域網(wǎng)的基本概念廣域

8、網(wǎng)的構(gòu)成當(dāng)主機(jī)之間的距離較遠(yuǎn)時(shí)，例如，相隔幾百公里，甚至幾千公里，局域網(wǎng)顯然就無法完成主機(jī)之間的通信任務(wù),這時(shí)就需要另一種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，即廣域網(wǎng)。廣域網(wǎng)由一些結(jié)點(diǎn)交換機(jī)以及連接這些交換機(jī)的鏈路組成。結(jié)點(diǎn)交換機(jī)執(zhí)行將分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的功能，結(jié)點(diǎn)之間都是點(diǎn)對點(diǎn)連接，但為了提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，通常一個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)往往與多個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)相連。由于廣域網(wǎng)的造價(jià)較高，一般都是由國家或較大的電信公司出資建造。 廣域網(wǎng)是因特網(wǎng)的核心部分，其任務(wù)是通過長距離傳輸主機(jī)所發(fā)送的數(shù)據(jù)。連接廣域網(wǎng)各結(jié)點(diǎn)交換機(jī)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(diǎn)對點(diǎn)衛(wèi)星鏈路，通信容量必須足夠大。廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)都是

9、互聯(lián)網(wǎng)的重要組成構(gòu)件。相距較遠(yuǎn)的局域網(wǎng)通過路由器與廣域網(wǎng)相連組成了一個(gè)覆蓋范圍很廣的互聯(lián)網(wǎng)。光纖通信簡介光的折射，反射和全反射光在不同物質(zhì)中的傳播速度是不同的，所以光從一種物質(zhì)射向另一種物質(zhì)時(shí)，在兩種物質(zhì)的交界面處會(huì)產(chǎn)生折射和反射。而且，折射光的角度會(huì)隨入射光的角度變化而變化。當(dāng)入射光的角度達(dá)到或超過某一角度時(shí)， 折射光會(huì)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(zhì)對相同波長光的折射角度是不同的(即不同的物質(zhì)有不同的光折射率)，相同的物質(zhì)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(hào)在光纖內(nèi)的傳輸原理PDH現(xiàn)

10、在通信中使用的時(shí)分多路復(fù)用傳輸系統(tǒng)主要有兩類，即準(zhǔn)同步數(shù)字系列（PDH）和“同步數(shù)字系列”（Synchronous Digital Hierarchy），簡稱SDH。采用準(zhǔn)同步數(shù)字系列（PDH）的系統(tǒng)，是在數(shù)字通信網(wǎng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上都分別設(shè)置高精度的時(shí)鐘，這些時(shí)鐘的信號(hào)都具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)速率。盡管每個(gè)時(shí)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(zhì)量，要求這些時(shí)鐘的差別不能超過規(guī)定的范圍。因此，這種同步方式嚴(yán)格來說不是真正的同步，所以叫做“準(zhǔn)同步”。在以往的電信網(wǎng)中，多使用PDH設(shè)備。但PDH有其局限性。 SONET/SDH1985年美國的ANSI提出了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，稱作同步光網(wǎng)絡(luò)，英文縮寫

11、是SONET（Synchronous Optical Network）。后來ITU-T也參與了該項(xiàng)工作，也提出了類似SONET的標(biāo)準(zhǔn)，稱它為同步數(shù)字序列，英文縮寫為SDH（Synchronous Digital Hierarchy）。SONET/SDH是使用時(shí)分復(fù)用的同步光網(wǎng)絡(luò)，用一個(gè)主時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)中的所有時(shí)鐘，數(shù)據(jù)速率由低速到高速的時(shí)分復(fù)用形成層次結(jié)構(gòu)。SONET/SDH是以光纖作為傳輸媒體的廣域網(wǎng)，是電信運(yùn)營商的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。許多其他網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)例如IP分組或ATM信元均通過SONET/SDH網(wǎng)絡(luò)來傳輸。SDH的組網(wǎng)T型網(wǎng)環(huán)帶網(wǎng)TM終端復(fù)用器 終端復(fù)用器用在網(wǎng)絡(luò)的終端站點(diǎn)上，例如一條鏈的兩個(gè)端點(diǎn)

12、上，它是一個(gè)雙端口器件，它的作用是將支路端口的低速信號(hào)復(fù)用到線路端口的高速信號(hào)STM-N中，或從STM-N的信號(hào)中分出低速支路信號(hào)。請注意它的線路端口輸入/輸出一路STM-N信號(hào)，而支路端口卻可以輸出/輸入多路低速支路信號(hào)。在將低速支路信號(hào)復(fù)用進(jìn)STM-N幀（將低速信號(hào)復(fù)用到線路）上時(shí)，有一個(gè)交叉的功能。 ADM：分/插復(fù)用器分/插復(fù)用器用于SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接站點(diǎn)處，例如鏈的中間結(jié)點(diǎn)或環(huán)上結(jié)點(diǎn)，是SDH網(wǎng)上使用最多、最重要的一種網(wǎng)元，它是一個(gè)三端口的器件， ADM是SDH最重要的一種網(wǎng)元，通過它可等效成其它網(wǎng)元，即能完成其它網(wǎng)元的功能，例如：一個(gè)ADM可等效成兩個(gè)TM。 ADM有兩個(gè)線路端口

13、和一個(gè)支路端口。兩個(gè)線路端口各接一側(cè)的光纜（每側(cè)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(gè)線路端口。ADM的作用是將低速支路信號(hào)交叉復(fù)用進(jìn)東或西向線路上去，或從東或西側(cè)線路端口收的線路信號(hào)中拆分出低速支路信號(hào)。另外，還可將東/西向線路側(cè)的STM-N信號(hào)進(jìn)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(wǎng)的再生中繼器有兩種，一種是純光的再生中繼器，主要進(jìn)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(hào)抽樣、判決、再生整形、電/光變換，以達(dá)到不積累線

14、路噪聲，保證線路上傳送信號(hào)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(gè)線路端口W、E。如圖4-3所示： 廣域網(wǎng)的交換技術(shù)交換技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)十分重要的問題。為什么要用交換設(shè)備？簡單的講就是為了節(jié)省傳輸線路。在交換網(wǎng)中，有些交換節(jié)點(diǎn)直接和端設(shè)備相連（例如計(jì)算機(jī)或 ），有些僅僅是為了路由。如下圖所示，如果不使用交換設(shè)備，10個(gè)設(shè)備之間采用直接相連，則共需10*9/2=45條鏈路。在廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)中，將所有端設(shè)備直接相連是不可能的。交換節(jié)點(diǎn)將兩個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)連接在一起，在他們之間產(chǎn)生臨時(shí)連接。交換方式根據(jù)交換的方式和交換的特點(diǎn)，可以把交換分為3類：電路交換報(bào)文交換分組交換（

15、包交換）數(shù)據(jù)報(bào)虛電路。交換網(wǎng)用數(shù)據(jù)交換的形式來命名網(wǎng)絡(luò)，就得到電路交換網(wǎng)，分組交換網(wǎng)和報(bào)文交換網(wǎng)。其中分組交換網(wǎng)又進(jìn)一步劃分兩個(gè)子類：虛電路網(wǎng)和數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)。 網(wǎng)采用電路交換，電報(bào)網(wǎng)是報(bào)文交換，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用包交換。目前報(bào)文交換已基本不用，因此重點(diǎn)討論電路交換和分組交換。 電路交換網(wǎng)電路交換網(wǎng)組成 電路交換網(wǎng)是由物理鏈路連接的一組交換機(jī)組成的，每條鏈路用FDM或TDM劃分成n個(gè)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(gè)階段 連接建立階段： 在雙方通信之前，交換機(jī)之間建立專用通道的過程。網(wǎng)絡(luò)為該鏈接建立一條專用的通道，分配網(wǎng)絡(luò)資源，例如為該信道分配一條FDM信道或一個(gè)TDM時(shí)隙，占用交換

16、機(jī)的相應(yīng)端口。數(shù)據(jù)傳輸階段：在通話過程中，這個(gè)信道所占用的網(wǎng)絡(luò)資源始終沒有釋放。拆除階段：網(wǎng)絡(luò)釋放原先為該信道分配的資源。例題4-1一個(gè)小例子。8臺(tái) 機(jī)通過一個(gè)小型電路交換網(wǎng)絡(luò)連接。信道為4-kHz的音頻信道。假設(shè)鏈路均采用頻分復(fù)用FDM，可以同時(shí)容納最大兩個(gè)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(jī)控制連接。例題4-2某公司兩個(gè)距離很遠(yuǎn)的辦公室的計(jì)算機(jī)通過電路交換網(wǎng)絡(luò)相連。相連的鏈路是租借某通信服務(wù)商的專用線路。網(wǎng)絡(luò)中有兩個(gè)4 8的交換機(jī)（4個(gè)輸入，8個(gè)輸出）。對于每一個(gè)

17、交換機(jī)，8個(gè)輸出中有4個(gè)輸出與輸入交叉連接，以完成同一個(gè)辦公室里的計(jì)算機(jī)之間的通信。電路交換網(wǎng)的特點(diǎn)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(shù)據(jù)，浪費(fèi)信道容量建立 (連接) 花費(fèi)時(shí)間（必須有足夠時(shí)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(wǎng)絡(luò)分組交換網(wǎng)絡(luò)又稱為無連接網(wǎng)絡(luò)。無連接是與電路交換相比較而言。交換機(jī)并沒有關(guān)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(wǎng)數(shù)據(jù)報(bào)交換網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)切割成分組：數(shù)據(jù)需要分成固定長度或邊長度的分組。長度由所使用的網(wǎng)絡(luò)和規(guī)約決定。每個(gè)分組獨(dú)立處理：每個(gè)分組稱為數(shù)據(jù)報(bào)。交換機(jī)稱

18、為路由器。在目的端，由于各分組經(jīng)由的路由不同，各路由的負(fù)荷不同，到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)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(shù)據(jù)報(bào)報(bào)頭中包含有數(shù)據(jù)報(bào)的目的地址。當(dāng)路由器收到數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，路由器檢測該地址，在路由表里根據(jù)目的地址找到發(fā)送的端口。注：這個(gè)地址跟虛電路交換網(wǎng)絡(luò)的地址不同，在整個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)傳送的過程中保持不變。 網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)報(bào)交換 上層規(guī)約完成目的端收到的各數(shù)據(jù)報(bào)的排序及丟失報(bào)文的重發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)交換網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn) 網(wǎng)絡(luò)資源按需分配數(shù)據(jù)報(bào)交換網(wǎng)絡(luò)中，資源按需分配。不為每個(gè)分組專門分配資源（帶寬），也沒有專門的分組信息處理時(shí)間。資源分配原則是先到先得。當(dāng)交換機(jī)接到分組后，不管分組的源端是哪個(gè)節(jié)點(diǎn)，目的端是哪個(gè)節(jié)點(diǎn)。只要交換機(jī)正在處理別的分組，剛到達(dá)的分組就需要等待。效率數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)的效率高于電路交換