電力系統(tǒng)調度自動化6章節(jié)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)課件

1、第六章 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)齊鄭教5B區(qū)10280798596第六章 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)齊鄭數(shù)據(jù)如何而來?9/25/20222North China Electric Power University數(shù)據(jù)如何而來?9/24/20222North China E數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締栴}收發(fā)如何同步?如何保證數(shù)據(jù)信息正確?存在干擾差錯時,如何校驗和控制?如何提高信道效率,實現(xiàn)多路復用?9/25/20223North China Electric Power University數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締栴}收發(fā)如何同步?如何保證數(shù)據(jù)信息正確?存在干通信系統(tǒng)基礎信息源發(fā)送設備信道接收設備受信者躁聲源mg(t)g(t)ms(t)s(

2、t)通信系統(tǒng)基本模型模擬消息:狀態(tài)連續(xù)變化的消息,如強弱變化的語音數(shù)字消息:消息狀態(tài)量是離散的,如文字信號是消息的一種載體：模擬信號:表達消息的信號對應的表征量是取連續(xù)值數(shù)字信號:表達消息的信號對應的表征量是取離散值模擬通信系統(tǒng):傳遞模擬信號的通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng):傳遞數(shù)字信號的通信系統(tǒng)9/25/20224North China Electric Power University通信系統(tǒng)基礎信息源發(fā)送設備信道接收設備受信者躁聲源mg(t)數(shù)字通信系統(tǒng)模型信道躁聲源調制器信道編碼器信源編碼器 信息源解調器信源譯碼器信道譯碼器 受息者編碼器譯碼器信道譯碼器：將二進制信號恢復到模擬信號信源編碼器:

3、將信息源送出的模擬信號和數(shù)字信號轉換為符合要求的數(shù)碼系列信道編碼器: 給數(shù)碼系列按一定規(guī)則加入監(jiān)督碼（校驗碼）調制解調器：信道編碼器出來的是二進制脈沖信號信道高頻信號信道：信號遠距離傳輸?shù)妮d體，如：電纜、架空線、光纖、微波空間等信源譯碼器：信道編碼器的逆過程，除去監(jiān)督碼獲得發(fā)送側的二進制數(shù)字序列9/25/20225North China Electric Power University數(shù)字通信系統(tǒng)模型信道躁聲源調制器信道編碼器信源編碼器 波特率與比特率波特率(Bd, Baud)：每秒傳送的碼元數(shù),適用于所有碼制，是消息傳遞速率比特率(Bit)：每秒傳送的信息量，是信息傳遞速率信息量I的定義：

4、I=loga(1/P)P是消息所表示的事件出現(xiàn)的概率,一般a=2.N元碼制：每一個消息所表示的事件可能有N種不同的狀態(tài)，P=1/N. I=log2N2元碼制：P=1/2. I=log22=1,所以信息速率和碼元速率數(shù)值上相等111100E143400E1/3E2/3E二元碼制四元碼制碼元：數(shù)據(jù)通信中,傳送的是一個個離散脈沖信號,故把每個信號脈 沖稱為一碼元。碼制：每一碼元能代表幾種狀態(tài)，稱幾元碼制誤碼率：數(shù)據(jù)經傳輸后,發(fā)生錯誤的碼元數(shù)與總傳輸碼元數(shù)之比9/25/20226North China Electric Power University波特率與比特率波特率(Bd, Baud)：每秒傳送

5、的碼元數(shù),數(shù)字式遠動信息的傳輸過程遙測編碼器交流采樣遙信編碼器開關量信道編碼器并串變換調制器信道解調器串并變換譯碼器計算機干擾遙控執(zhí)行遙調執(zhí)行譯碼器串并變換解制器信道調制器并串變換編碼器遙控遙調干擾RTU前置機9/25/20227North China Electric Power University數(shù)字式遠動信息的傳輸過程遙測編碼器交流采樣遙信編碼器開關量信通信工作方式發(fā)端信道收端單工：單方向傳輸發(fā)端信道半雙工：可不同時上下行雙向傳輸收端收端發(fā)端發(fā)端信道雙工：可同時上下行雙向傳輸收端收端發(fā)端信道9/25/20228North China Electric Power University通

6、信工作方式發(fā)端信道收端單工：單方向傳輸發(fā)端信道半雙工：可不串/并-轉換原理發(fā)送緩沖區(qū)發(fā)送數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)接收數(shù)據(jù)發(fā)送時鐘接收時鐘1 11 1100 01 11 1100 0發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送時鐘接收時鐘接收數(shù)據(jù)串-并轉換移位寄存器并-串轉換移位寄存器9/25/20229North China Electric Power University串/并-轉換原理發(fā)送緩沖區(qū)發(fā)送數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)接收數(shù)據(jù)發(fā)送時數(shù)碼傳輸?shù)耐? . . 10起始位奇偶校驗P1111停止位7位數(shù)據(jù)第n位字符起始位0第n+1位字符空閑位實質上是在傳送一個字符的時間內收發(fā)兩端保持同步，其他時間可以是異步。效率低異步傳輸方式傳送一個8位字

7、符異步傳輸方式（起止同步）9/25/202210North China Electric Power University數(shù)碼傳輸?shù)耐? . . 10起始位奇偶校驗P11數(shù)碼傳輸?shù)耐綌?shù)據(jù)時鐘起始位8161616123456123456起始位數(shù)據(jù)時鐘異步數(shù)據(jù)接收原理接收時鐘頻率太高正確接收的條件：在整個數(shù)據(jù)單元中，時鐘累積誤差不超過半個碼元長度9/25/202211North China Electric Power University數(shù)碼傳輸?shù)耐綌?shù)據(jù)時鐘起始位8161616123456123數(shù)碼傳輸?shù)耐酵酵ㄐ诺奶攸c是收發(fā)端的時鐘嚴格一致，使得接收時鐘與接收碼元間無誤差積累問題，可以

8、省略附加碼元，提高傳輸效率。9/25/202212North China Electric Power University數(shù)碼傳輸?shù)耐酵酵ㄐ诺奶攸c是收發(fā)端的時鐘嚴格一致，使得接收數(shù)碼傳輸?shù)耐轿煌綖V波法遠動中采用單極性不歸0信號。接收到的信號首先經過放大限幅環(huán)節(jié)形成數(shù)字方波，然后經微分、整流環(huán)節(jié)形成尖脈沖信號，由窄帶濾波器提取基頻信號，最后經移相電路產生位同步脈沖。電路簡單，但當信號中有連續(xù)的0或1時，由于碼元波形無變化，可能造成位同步中斷。鎖相法在接收端利用鑒相器，比較接收到的碼元與本地產生的位同步的相位。若二者不一致，則鑒相器產生一個調制脈沖去調制本地位同步信號的相位，直到與接收碼

9、元的相位一致為止。9/25/202213North China Electric Power University數(shù)碼傳輸?shù)耐轿煌綖V波法遠動中采用單極性不歸0信號。接收到幀同步 數(shù)碼傳輸?shù)耐?收發(fā)兩端始終保持同步。在無信息傳送時，通道上仍需連續(xù)傳送同步碼（3個EB90）同步碼 . . .數(shù)據(jù)碼同步碼 . . .校驗碼9/25/202214North China Electric Power University幀同步 數(shù)碼傳輸?shù)耐?收發(fā)兩端始終保持同步。在無信息遠動通信配置的基本類型 9/25/202215North China Electric Power University遠動通

10、信配置的基本類型 9/24/202215North C電力系統(tǒng)傳輸信道 9/25/202216North China Electric Power University電力系統(tǒng)傳輸信道 9/24/202216North Chin電力系統(tǒng)傳輸信道電力線載波是遠動與載波電話復用信道。通常規(guī)定載波電話占用0.32.5kHz的音頻段，遠動信號占用2.73.4kHz的上音頻段。 阻波器高壓耦合電容結合濾波器載波機電力載波原理框圖兩級調制：40500kHz 電力載波通信9/25/202217North China Electric Power University電力系統(tǒng)傳輸信道電力線載波是遠動與載波電話

11、復用信道。通常規(guī)定電力系統(tǒng)傳輸信道光纖信道9/25/202218North China Electric Power University電力系統(tǒng)傳輸信道光纖信道9/24/202218North C電力系統(tǒng)傳輸信道微波信道機中繼機微波信道機微波信道機載波終端機微波信道機載波終端機微波通信微波通信我國采用20GHz作為電力系統(tǒng)的主干線，8GHz作為分支頻段。9/25/202219North China Electric Power University電力系統(tǒng)傳輸信道微波信道機中繼機微波信道機微波信道機載波終端電力系統(tǒng)傳輸信道衛(wèi)星通信衛(wèi)星通道的頻段為上行59256425MHz，下行為370042

12、00MHz。 散射通信通信距離長，可達200300km，可跨越山地，但是需要經過其他通信方式轉接到調度中心。該方式適合地域廣大的山區(qū)。短波通信檢修通信的良好方式。它比較適合傳輸話音信號 9/25/202220North China Electric Power University電力系統(tǒng)傳輸信道衛(wèi)星通信散射通信短波通信9/24/20222多路復用技術 使遠動系統(tǒng)在一個信道上傳輸多路信號的技術叫多路復用技術。 頻分多路制 把各路信號安排在不同互不重疊的頻段內，在一個信道上傳輸稱為頻分多路調制(Frequency Division Multiplexer)。時分多路制 時分多路是在一個信道上按時

13、間順序傳輸多路信號。這時各路信號應是離散的脈沖信號。9/25/202221North China Electric Power University多路復用技術 使遠動系統(tǒng)在一個信道上傳輸多路信號的技術叫多路調制和解調基帶傳輸直接傳輸基帶信號稱為基帶傳輸調制遠距離傳輸不能直接傳輸基帶數(shù)據(jù)，需要使用頻帶較窄的正弦波作為載波，用基帶信號對載波的某些參量進行控制，使這些參量隨基帶信號變化，該過程稱為調制。 基帶信號 數(shù)據(jù)終端設備送出的原始數(shù)據(jù)信號一般是頻率很低的信號，其能量或功率集中在0頻率附近，并具有一定的頻率范圍，這樣的信號稱為基帶信號。9/25/202222North China Electr

14、ic Power University調制和解調基帶傳輸調制基帶信號 9/24/202222Nor調制和解調一、移幅鍵控ASK( Amplitude Shift Keying)Sc(t)G(t)S (t)乘法器帶通濾波器S (t)G(t)Sc(t)=Umsinwct二進制信息通過調制加到交流高頻信號上再傳輸接收端將含有信息的交流信號解調，還原信息9/25/202223North China Electric Power University調制和解調一、移幅鍵控ASK( Amplitude Shif二、移頻鍵控FSK( Frequency Shift Keying)調制和解調G(t)S(t)f

15、1f2f1S1(t)S2(t)f1f2控制門1控制門2反相器G(t)相加器FSK信號9/25/202224North China Electric Power University二、移頻鍵控FSK( Frequency Shift Key三、調相鍵控PSK( Phase Shift Keying)調制和解調G(t)S(t)PSKDPSK01011（1）絕對移相鍵控（2）相對移相鍵控9/25/202225North China Electric Power University三、調相鍵控PSK( Phase Shift Keying)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e控制技術（2）檢錯重發(fā)發(fā)送端發(fā)送能夠檢出誤碼

16、的碼字，接收端根據(jù)碼字的編碼特征進行檢錯。若判斷為有錯，則通過反饋信道要求重傳，直到無錯誤為止。（1）循環(huán)傳送檢錯法 同一信息源的信息周期性循環(huán)傳送。發(fā)送端把信息經抗干擾編碼后送入信道發(fā)送。接收端判斷有無錯碼，若無，則使用此數(shù)據(jù)，否則拋棄。（3）前向糾錯法發(fā)送端將信息經糾錯編碼發(fā)出。接收端接收到數(shù)據(jù)后進行糾錯譯碼。（4）混合糾錯前向糾錯與自動要求重傳的結合9/25/202226North China Electric Power University數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e控制技術（2）檢錯重發(fā)發(fā)送端發(fā)送能夠檢出誤碼的數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e控制技術抗干擾編碼可檢測和不可辨識： 00開； 11合可檢測和可辨識：

17、000開；111合不可檢測和辨識： 0開； 1合多種編碼方法9/25/202227North China Electric Power University數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e控制技術抗干擾編碼可檢測和不可辨識： 00開常用檢錯碼 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1水平校驗碼元垂直校驗碼元（L行）小組（m列） 1、奇偶校驗：奇偶指碼組中“1”的個數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù) 1011001（

18、1） 1011001（0）2、水平一致校驗：3、水平垂直一致校驗：9/25/202228North China Electric Power University常用檢錯碼 1 1 1 線性分組碼分組碼中，碼字中1的個數(shù)稱為碼重。 同一分組碼中任意2個碼字對應位上數(shù)字符號不同的位數(shù)稱為碼距。 一個分組碼中碼字之間的最小距離叫做最小碼距dmin。 1000000001110101110101001110574545分組碼 分組碼是對長度為k的信息組，按一定的規(guī)則增加r位監(jiān)督位，組成長度為nkr的序列，記做(n, k)碼。9/25/202229North China Electric Power

19、University線性分組碼分組碼中，碼字中1的個數(shù)稱為碼重。 1000000線性分組碼若dminl1，這種碼能檢出l個差錯：ldmin1若dmint1，這種碼能糾正t個差錯：最大似然譯碼原則：若接收到禁用碼，就將它與各許用碼比，與之碼距最小的就是其出錯前的碼字10000000011101011101010011100011000糾錯原理9/25/202230North China Electric Power University線性分組碼若dminl1，這種碼能檢出l個差錯：ldm線性分組碼信息組 校驗位 碼字 000 0000 0000000 001 1101 0011101 010

20、0111 0100111 011 1010 0111010 100 1110 1001110 101 0011 1010011 110 1001 1101001 111 0100 1110100線性分組碼(n,k)碼組(碼字):n=k+r,k信息碼長度,r監(jiān)督碼長度. 監(jiān)督碼由一組線性方程式算出,信息碼和監(jiān)督碼的關系成線性關系例子:(7,3)分組碼的7位用C6,C5,C4,C3,C2,C1,C0表示.校驗碼C4,C3,C2,C1,C0的計算公式: C3=1*C6+0*C5+1*C4 C2=1*C6+1*C5+1*C4 C2=1*1+1*0+1*1=0 C1=1*C6+1*C5+0*C4 C0=

21、0*C6+1*C5+1*C49/25/202231North China Electric Power University線性分組碼信息組 循環(huán)碼例： M=(101) (1)M(x)=1*X2+0*X1+1*X0=X2+1 (2)M(X)*Xr=(X2+1) X4 =X6+X4 (3)G(X)是Xn+1= X7+1的一個多項式為4階： X7+1=(X+1)(X3+X+1)(X3+X2+1) G(X)=(X+1)(X3+X+1)= X4+X3+X2+1或(X+1) (X3+X2+1)= X4+X2+X+1(4)R(X)=(M(X)*Xr)%G(X)= 1*X3+1*X2+0*X1+0*X0(5

22、)F(X)=(101,1100)(1)信息多項式:M(X)=A1Xk-1+A2Xk-2+Ak-1X1+AkX0(2)求(n,k)循環(huán)碼的生成多項式G(X)。G(X)由式Xn+1進行因式分解得出。 G(X)為r=n-k階多項式。(3)M(X)*Xr/G(X)的余式為R(X)，由R(X)可得校驗位(4)F(X)=M(X) *Xr+R(X)可得發(fā)送碼字。循環(huán)碼是線性分組碼的一種。任一循環(huán)碼字循環(huán)一位仍為循環(huán)碼的一碼字循環(huán)碼的校驗位計算方法:(n,k)循環(huán)碼的信息組k位,校驗位有r=n-k位:9/25/202232North China Electric Power University循環(huán)碼例： M

23、=(101)(1)信息多項式:M(X)=A1ISO 參考模型傳輸介質應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層通信協(xié)議9/25/202233North China Electric Power UniversityISO 參考模型傳輸介質應用層應用層網(wǎng)絡層通信協(xié)議9/24/物理層- RS232C(串口通信)機械特性采用DB25連接器。一般DTE采用25針結構，DCE采用25孔結構。電氣特性a、對電壓源的要求：當電阻在3k7 k之間時，輸出電壓為（5V15V）之間。電源輸出阻抗應大于300。b、對終端的要求：終端負載的輸入阻

24、抗在3k7 k之間。c、對邏輯電平的規(guī)定：采用負邏輯。數(shù)據(jù)0及控制線的接通狀態(tài)為5V15V，數(shù)字1及控制線的斷開狀態(tài)為5V15V。噪聲容限(35V)。d、接口信息速率：子站子站主站RTU地址報文類型數(shù)據(jù)長度N數(shù)據(jù)校驗碼校驗碼RTU地址ER報文類型數(shù)據(jù)長度N類別標志數(shù)據(jù)校驗碼校驗碼RTU地址：目的站地址。FFH作為廣播地址報文類型說明報文的內容、類型。E：1表示有事件記錄 0無事件記錄R：1表示自檢出錯 0表示工作正常對重要報文采用16位校驗碼，一般報文采用8位校驗碼，確認報文與否認報文不帶校驗碼。9/25/202244North China Electric Power University問

25、答式遠動規(guī)約報文格式 主站子站子站主站RTU地址報問答式遠動規(guī)約主站功能 報文類型代碼說明初始化參數(shù)設置設置模塊工作方式與參數(shù)03H規(guī)定模塊類別、掃描速度、死區(qū)范圍死區(qū)范圍04H設置死區(qū)范圍掃描周期11H設置每種模塊的掃描周期濾波系數(shù)13H設置濾波系數(shù)設置時鐘0CH查詢類類別詢問05H要求子站傳輸某種類別的數(shù)據(jù)重復詢問1AH主站未能收到子站的正確回應類別更新0BH強制刷新數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳送0DH要求子站發(fā)送指定地址的數(shù)據(jù)召喚事件記錄（時標）0FH9/25/202245North China Electric Power University問答式遠動規(guī)約主站功能 報文類型代碼說明初始化參數(shù)設置設置模

26、問答式遠動規(guī)約主站功能 報文類型代碼說明管理控制類復位RTURESET01H啟動RTU掃描08H停止RTU掃描07H啟動I/O模塊掃描0AH停止I/O模塊掃描09H其他電源合閘確認12H帶返校遙控CTL1EH遙控操作時首先發(fā)送，子站回送返校后再發(fā)遙控執(zhí)行命令診斷報文DIA0EH診斷信道可靠性的報文9/25/202246North China Electric Power University問答式遠動規(guī)約主站功能 報文類型代碼說明管理控制類復位RTU問答式遠動規(guī)約子站功能 報文類型代碼說明肯定確認ACK06H已正確收到主站的命令或本站數(shù)據(jù)無變化否定確認NAK15H未能正確收到主站的命令回答類別詢問DATCAT1BH對ENQ的回應回答數(shù)據(jù)召喚DATREP1CH對DATREQ的回應電源合閘PWRUP16H子站剛上電后對主站的所有命令應答，直到主站發(fā)送PWRACK或