任务一：高速公路通信系统认知

知识目标了解高速公路通信系统概述、系统组成及功能；掌握数据通信、光纤数字通信、程控数字交换等子系统的组成及原理；掌握视频图像传输、紧急电话、移动通信等系统的组成与功能；了解高速公路数据通信网的特点及结构；掌握高速公路通信系统设备、相关线缆及系统安装调试；掌握高速公路通信系统中常见设备故障排除和管理技能目标会描述高速公路通信系统的组成及功能；知道各通信子系统的基本组成及工作原理；认知高速公路通信系统典型设备及设备连线；熟悉高速公路通信系统与设备常见故障诊断与排除方法高速公路通信系统是高速公路建设中的重要配套项目和基础设施组成部分，它为高速公路各级部门的运营、管理以及沿线设立的收费、监控系统提供话音、数据和图像的传输，是实现高速公路快速、安全、高效运行的重要保障。（一）高速公路通信网规划原则高速公路通信网的规划应符合我国通信技术、政策的规定，符合我国现行国标和交通部行业标准、规范的要求。高速公路通信网应统一规划、实施和统一管理。根据高速公路建设和开通运营的进程，应实现全省统筹安排，分路分期实施以及逐步全省联网的原则。省级高速公路网应充分考虑地区和各路段的业务要求，地区和全路段应服从省网总体规划的要求，省网应为交通部全国通信联网和与相邻省际联网预留必要的光纤、电路和接口。高速公路通信网建设规模应立足于公路专网业务需求。主要为高速公路收费系统、监控系统和道路运营管理服务。网络系统容量应满足近期需求并预留一定余量，在主要干线和瓶径路由应适当扩大系统容量。充分考虑当今通信技术迅速发展的趋势，网络系统设计应采用模块化结构，可以平滑升级，系统应具有可扩展性。高速公路通信网建设标准应立足于高科技或高技术平台，主要采用光纤数字传输和数字程控交换机等先进技术。省高速公路通信专网应建设为集话音、数据、图象和文本等综合业务和网络自动管理的综合通信网，根据现代通信技术发展，再逐步建成宽带综合业务数字网。（二）高速公路通信系统的特点通信是高速公路工程的重要组成部分，它为高速公路营运管理与收费，监控系统的话音、传真、数据、图像等信息的传递提供专用通道；它是保障高速公路安全、高速、畅通、舒适、高效运营及实现现代化交通管理必不可少的手段；它在高速公路管理系统中起着中枢神经系的作用；并为以后高速公路的联网收费、联网管理提供技术支持。1多业务2光纤化程度高3传输数字图像4可靠性高5技术先进6扩展性好7开放性8集中网管通信系统主要为运营管理及监控、收费系统提供传输平台实现监控系统和收费系统的数据、话音和图象等信息准确而及时的传输，要保持高速公路管理部门之间业务联络通信的畅通，并要为高速公路内部各部门与外界建立必要的联系高速公路通信系统主要由以下几部分构成：光纤数字传输系统（基于SDH的话业务和高速公路收费监控系统的图像、传真和其他数据的非话业务提供传输通道）程控数字交换系统（含指令电话系统）紧急电话系统数据图像传输系统移动通信系统以通信电源系统（三）高速公路通信系统结构（三）高速公路通信系统结构光纤数字传输系统为高速公路沿线设施（诸如程控交换机、业务电话）之间提供话务通信，它还为监控，收费系统的数据、传真、图像等非话业务提供传输通道程控数字交换系统为高速公路沿线提供业务电话和指令电话，由通信中心的一套汇接局数字程控交换机及若干用户（沿线各管理设施内）组成.负责交换机的运行维护紧急电话系统为高速公路上驾驶员提供一个直接呼救求援的专用通信系统，该系统在监控中心设紧急电话控制中心，控制本管理区域内的所有紧急电话，是一个独立的系统。数据图像传输系统监控系统在各站的综合业务接网的ONU设备业务通道中提供足够的2/4WVF接口移动通信系统为高速公路调度通信服务，一般采用800MHz集群，下设基站通信电源系统负责采集本站电源设备运行信息，并把采集到的电源设备运行状况信息利用传输系统提供的话路传到通信中心的电源网管维护终端图4-1高速公路通信系统构成图光纤数字传输系统光纤数字传输系统是为高速公路沿线设施（诸如程控交换机、业务电话）之间提供话务通信，它还为监控，收费系统的数据、传真、图像等非话业务提供传输通道。光传输系统大多基于SDH。SDH:同步数字体系——适应动态联网要求，支持新业务的开发和现代网络管理。PDH:准同步数字体系——适应传统的点对点网络通信要求。ADM分插复用器——在SDH网络传输系统中直接分出或插入支路信号，联合或多元一些较低速数据流进入到一个单数光传输系统，节省大量的复接和分接设备，减少信号损失，是一种长距离的核心网络，也是短距离的嵌入式网络。PSDN：PacketSwitchedPublicDataNetwork，分组交换公用数据网。DDN：DigitalDataNetwork，数字数据网，即平时所说的专线上网方式。光接入网（OAN）光网络单元（ONU）SDH:同步数字体系——适应动态联网要求，支持新业务的开发和现代网络管理。PDH:准同步数字体系——适应传统的点对点网络通信要求。ADM分插复用器——在SDH网络传输系统中直接分出或插入支路信号，联合或多元一些较低速数据流进入到一个单数光传输系统，节省大量的复接和分接设备，减少信号损失，是一种长距离的核心网络，也是短距离的嵌入式网络。紧急电话系统紧急电话系统由紧急电话控制台、传输线路(传输媒质)和紧急电话分机三个部分组成。紧急电话系统构成如下图所示。数据图像传输系统外场设备与监控中心之间的数据传输是通过电缆、ONU音频道完成。监控系统在沿线设置了一定数量的摄像机，各摄像机的图像和控制信号均要传到监控中心。通信系统负责为各摄像机图像和控制信号传输提供光缆，各摄像机的视频和控制信号复用后采用光纤传输方式，通信系统为每个摄像机提供一芯光纤。移动通信系统移动通信系统是为高速公路调度通信服务的，一般采用800MHz集群，下设基站。由于沿高速公路有光传输通信系统，因此基站之间的联网都使用此光缆链路，只需在综合业务接入网的光网络单元（ONU）和光线路单元设备上设音频接口板即可。通信电源系统高速公路沿线的通信电源系统配置一套独立的电源网管系统，电源网管系统的监控终端设在通信中心。电源设备配备监控模块，负责采集本站电源设备运行信息，并把采集到的电源设备运行状况信息利用传输系统提供的话路传到通信中心的电源网管维护终端。（四）高速公路通信业务组成高速公路通信业务主要由话音、数据和图像三种业务组成。（一）电话业务的接入高速公路电话业务包括业务电话BT、指令电话CT及传真FAX，由交换机ZXJ10（程控数字交换机的一种类型）及接入网ZXA10（光纤用户端设备）来完成这些业务，如图所示。（二）数据业务接入

高速公路数据业务包括：（1）收费数据：从收费站上传至分中心的收费数据。（2）管理数据：从分中心下到至收费站的费率、时钟、收费员工号口令等管理数据。（3）路面监控数据：有车辆检测器、能见度探测器等外场设备产生的上传至分中心的监控数据，由控制中心下达至可变情板、交通灯等外场设备的控制数据等。收费数据和管理数据可通过收费站与分中心的局域网互连进行传送。分中心与收费站局域网互连STM.1是以SDH的基本速率（155.52Mb/s）的第1级同步传输模块。路面监控数据通道示意图Modem:调制解调器，A/D转换器（三）图像业务的接入收费车道、收费亭、收费广场及关键路面采集的图像均采用模拟视频信号方式传送至收费站监控室。在收费站至收费中心远距离图像传输可采用数字技术，利用数字压缩编码方式MPEG—2，可以将收费站监控室上传的图像压缩编码。在SDH传输系统上传送至分中心监控室。经解码后还原成图像。实施对全线高速公路的图像监控，实现图像、语音与数据“三网合一”功能。监控图像传输通道示意图（四）高速公路通信系统运行1、程控数字交换系统运行【系统简述】存储程序控制交换机，简称为程控交换机，是将用户的信息和交换机的控制,维护管理功能预先变成程序，存储到计算机的存储器内.当交换机工作时，控制部分自动监测用户的状态变化和所拨号码,并根据要求执行程序,从而完成各种交换功能按用途可分为市话、长话（国内和国外）和用户交换机（单位内部用户的相互通话）；按接续方式可分为空分和时分交换机按信息传送方式可分为：模拟交换机和数字交换机。【特点】体积小，重量轻，功耗低能灵活的向用户提供众多的新服务功能工作稳定可靠，维护方便系统还可方便地提供自动计费，话务量记录，服务质量自动监视，超负荷控制等功能便于采用新型共路信号方式易于与数字终端，数字传输系统联接，实现数字终端，传输与交换的综合与统一高速公路通信系统主要为运营管理及监控、收费系统提供传输平台，也是高速公路现代化管理的支撑系统，它要实现监控系统和收费系统的数据、话音和图像等信息准确而及时的传输，要保持高速公路管理部门之间业务联络通信的畅通，并要为高速公路内部各部门与外界建立必要的联系。因此通信系统是实现高速公路现代化管理必不可少的基础设施。CCITT是国际电报电话咨询委员会的简称，它是国际电信联盟（ITU）的常设机构之一（四）高速公路通信系统运行1、程控数字交换系统技术【话音信号数字化技术】数字交换系统可以直接处理、传送和交换数字信息，与模拟交换系统相比，抗干扰性强，易于时分多路复用，便于加密，适于信号处理和控制，便于引入远端集线器，易于集成容量大阻塞低的数字交换网络，并有利于实现数字交换与数字传输的直接联接，构成综合数字网(IDN),为向综合业务数字网（ISDN）

过渡奠定基础。目前的通信网仍然以模拟为主，用户终端多为模拟话机。因而来自用户线的话音要进入数字交换机，需先在用户接口电路进行模数转换，将模拟话音编码成数字话音。【时分多路复用技术】为提高传输信道的利用率，通常采用多路时分复用技术（multiplex）将若干路信息综合于同一信道进行传送。目前常用的复用方式主要有两大类：频分复用（FDM）与时分复用（TDM），它们分别按频率或时间划分信道1、程控数字交换系统组成【程控交换机系统基本构成】电话交换机的主要任务是实现用户间通话的接续程控交换机系统话路设备接口电路交换网络控制设备纵横制交换机标志器记发器程控交换机电子计算机（四）高速公路通信系统运行1.交换网络交换网络的基本功能是根据用户的呼叫要求，通过控制部分的接续命令，建立主叫与被叫用户间的连接通路。在纵横制交换机中它采用各种机电式接线器（如纵横接线器，编码接线器，笛簧接线器等）。在程控交换机中目前主要采用由电子开关阵列构成的空分交换网络，和由存储器等电路构成的时分接续网络。2.用户电路用户电路的作用是实现各种用户线与交换之间的连接，通常又称为用户线接口电路（SLIC,SubscriberLineInterfaceCircuit）。根据交换机制式和应用环境的不同，用户电路也有多种类型，对于程控数字交换机来说，目前主要有与模拟话机连接的模拟用户线电路（ALC）及数字话机，数据终端（或终端适配器）连接的数字用户线电路（DLC）。3.出入中继器出入中继器是中继线与交换网络间的接口电路，用于交换机中继线的连接。它的功能和电路与所用的交换系统的制式及局间中继线信号方式有密切的关系。对模拟中继接口单元（ATU），其作为是实现模拟中继线与交换网络的接口，基本功能一般有：发送与接收表示中继线状态(如示闲，占用，应答，释放等)的线路信号。转发与接收代表被叫号码的记发器信号。供给通话电源和信号音。向控制设备提供所接收的线路信号。4.控制设备控制部分是程控交换机的核心，其主要任务是根据外部用户与内部维护管理的要求，执行存储程序和各种命令，以控制相应硬件实现交换及管理功能。程控交换机控制设备的主体是微处理器，通常按其配置与控制工作方式的不同，可分为集中控制和分散控制两类。为了更好的适应软硬件模块化的要求，提高处理能力及增强系统的灵活性与可性，目前程控交换系统的分散控制程度日趋提高，已广泛采用部分或完全分布式控制方式。2、数据通信系统运行【数据通信系统概念与基本组成】数据通信是计算机与计算机或计算机与终端之间的通信。数据通信系统是将快速传输数据的通信技术和数据处理、加工及存储的计算机技术相结合，从而给用户及时准确的提供数据一种系统。在计算机网络通信中，数据通信系统主要涉及到两个实体和一个通信信道，它们就是源系统、目的系统和传输系统。目的系统传输系统源系统源系统就是发送信号的一端包括源站（产生数据的服务器或计算机）发送器（数据进行编码设备）是网络通信的信号通道（双绞线、同轴电缆，光纤，光缆）还包括线路上的交换机和路由器等设备目的系统就是接收发送端所发送的信号的一端，包括目的站和接收器（四）高速公路通信系统运行2、数据通信系统运行【数据通信系统的基本模型】（四）高速公路通信系统运行数据通信系统是通过数据电路将分布在异地的数据终端设备与计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。典型的数据通信系统模型由数据终端设备、数据电路和计算机系统三部分组成数据电路DTE1.数据终端设备（DTE）在数据通信系统中，用于发送和接收数据的设备称为数据终端设备（简称DTE）。DTE可能是大、中、小型计算机，也可能是一台只接收数据的打印机，所以说DTE属于用户范畴，其种类繁多，功能差别较大。从计算机和计算机通信系统的观点来看：终端是输入/输出的工具；从数据通信网络的观点来看：计算机和终端都称为网络的数据终端设备，简称终端。通信控制器：计算机与计算机或计算机与终端间的通信，收发双方的同步、差错控制、传输链路的建立、维待和拆除及数据流量控制等功能由网络通信控制器来完成。而网络控制器通过协议软件来实现。2.数据电路终接设备（DCE）用来连接DTE与数据通信网络的设备称为数据电路终接设备（DCE），该设备为用户设备提供入网的连接点。DCE的功能就是完成数据信号的变换。因为传输信道可能是模拟的，也可能是数字的，DTE发出的数据信号不适合信道传输，所以要把数据信号变成适合信道传输的信号。3.数据电路和数据链路数据电路指的是在线路或信道上加信号变换设备之后形成的二进制比特流通路，它由传输信道及其两端的数据电路终接设备（DCE）组成。码型转换：在电缆、光纤等线路传输中，必须选用适合于信道传输的电脉冲波形来表示（或者说携带）数字消息代码。通常，把电脉冲存在的形式称为（线路）码型，把消息代码的电脉冲表示过程称为码型变换。电平转换：为适应不同的信号要传输不同的信道先需要电平转换，如3V电平转换5V电平等。电平转换由逻辑通信电路芯片来完成。传输信道除有模拟和数字的区分外，还有有线信道与无线信道、专用线路与交换网线路之分。交换网线路要通过呼叫过程建立连接，通信结束后再拆除；专线连接由于是固定连接，所以无需上述的呼叫建立与拆线过程。计算机系统中的通信控制器用于管理与数据终端相连接的所有通信线路。中央处理器用来处理由数据终端设备输入的数据。2、数据通信系统运行【数据通信的几个专用术语】信息Information数据Data信号Signal信道channel（四）高速公路通信系统运行客观世界在人脑海中的反映，表示数据的一种载体。信息的符号表示及信息的具体表现形式。数据在传输过程中电信号的表现形式。（模拟与数字）通信双方以传输媒介为基础的传递信号的通道。2、数据通信系统运行【数据通信中的几个技术指标】数据传输速率传输宽带时延和时延带宽乘积误码率数据通信系统的数据传输（四）高速公路通信系统运行单位时间内传输的信息量每秒钟传输的最大字节数，信道的最大传输速率信息从网络的一端传送到另一端所需的时间。时延=“处理时延”+“传播时延”+“发送时延”。二进制数据位传输时出错的概率，是衡量数据通信系统的传输可靠性的指标（1）数据传输模式数据传输有几种划分方式：有基于数据信号类型进行划分的，有基于同时传输的数据位来划分的，还有基于数据传输方向进行划分的。在基于数据信号类型进行划分为基带方式（BasebandTransmission）和宽带方式（WidebandTransmission）。基带方式用于数字信号传输，不需调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。常用的传输媒体有双绞线或同轴电缆，例如以太网；而宽带模式用于无线电频率范围内的模拟信号的传输，数字信号需调制成频带模拟信号后再传送，接收方需要解调，常用介质有同轴电缆，如通过电话模拟信道传输和闭路电视的信号传输。数据传输按信息的同一时刻数据传送方向可分为：单工、半双工和全双工三种传输方式，单工数据传输指的是两个数据站之间只能沿一个指定的方向进行数据传输。（2）数据同步数据同步的目的是使接收端与发送端在时间基准上一致（包括开始时间、位边界、重复频率等）。目前数据同步主要有三种同步方法：位同步、字符同步和帧同步。位同步的目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步，有下面两种方式。外同步：发送端发送数据同时发送同步时钟信号，接收方用同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。自同步：通过特殊编码（如曼彻斯特编码），这些数据编码信号包含同步信号，接收方从中提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。字符同步是以字符为边界实现字符的同步接收的，也称为“起止式”或“异步制”。每个字符的传输需要：1个起始位、5～8个数据位和2个停止位。帧同步方式是以识别一个帧的起始和结束来同步的。帧（Frame）是数据链路中的传输单位，包含数据和控制信息的数据块。3、光纤数字通信【光纤系统基础知识】基本光纤系统由.发送单元、传输单元、接收单元和连接器组成的。发送单元：把电信号转换成光信号；传输单元：载送光信号的介质；接收单元：接收光信号并转换成电信号；连接器件：连接光纤到光源、光检测以及其它光纤（四）高速公路通信系统运行3、光纤数字通信【光纤通信系统功能】发送端的电端机接收端的电端机发送端的光端机发送端的接收端机对来自信源的模拟信号进行A/D变换，将各种低速率数字信号复接成一个高速率的电信号进入光端机的发送端将高速电信号进行分接，变成低速信号或进行D/A变换还原成原信号