城市轨道交通信号与通信系统教案 项目4 城市轨道交通通信传输与时间服务系统应用

城市轨道交通专业核心课程数字资源城市轨道交通专业核心课程数字资源教材名称：《城市轨道交通信号与通信系统》书号：ISBN978-7-114-17716-3主编：张利彪资源名称：教案项目四城市轨道交通通信传输与时钟服务系统课程名称：铁路线路及站场课程名称：铁路线路及站场主编：夏栋资源名称：课程标准项目四城市轨道交通通信传输与服务系统任务1通信传输系统（共2课时，每周4课时）院系名称：授课教师任教课程城市轨道交通通信信号授课班级任务通信传输系统授课时间课型理论R实验£习题□实训R复习£其他□授课地点多媒体教室·实训室教学目标知识目标：列举各部分并说明作用和联系陈述传输系统组成、拓扑结构、运行方式识别光缆电缆说出其工作原理和安全要求能力目标：能进行网络配置德育目标：培养学生遵守操作规范，爱岗敬业，工作严谨的作风。教学重点传输系统组成、拓扑结构、运行方式光缆电缆工作原理和安全要求教学难点传输系统组成、拓扑结构、运行方式光缆电缆工作原理和安全要求教学方法讲授与展示、讨论、问题解答教学手段多媒体教学并结合板书教学板书设计通信传输系统传输系统组成拓扑结构运行方式光缆电缆工作原理和安全要求作业1、传输系统的作用是什么？2、光纤的工作原理？教学后记

教学过程教师活动学生活动教学意图时间分配一、组织教学二、复习列车自动监控系统的作用列车自动监控系统的组成列车自动监控系统的操作三、课程导入四、新课学习1通信系统的概念1.1通信系统的作用通信系统是实现运输集中统一指挥、行车调度自动化、列车运行自动化、提高运输效率的有效手段。通信系统是既能传输语音信号，又能传输文字、数据和图像等信息的综合业务数字通信网。1.2通信系统的分类按其用途来分，可分为传输系统、电话系统、调度系统、时钟系统、闭路电视、广播系统、电源系统、传输系统。系统各站点与中心及站与站之间的信息传输，不同线路的信息交换。其特点是：可靠、冗余、可扩展、灵活。现在主要的制式有SDH、ATM、OTN三种。无线集群调度系统：调度与司机通信的唯一手段，移动作业人员、抢修人员通信，可靠、实时，它的发展经历了专用通信、模拟集群、数字集群三个阶段电话系统：公务电话（各业务部门之间的电话联络）、调度电话（调度员和车站值班员指挥行车、调度指挥，实时性）、站内及轨旁电话系统（站内部门与车站值班员的直达电话闭路电视）。车站值班员对车站站厅、站台主要区域的监视，列车司机相应站台旅客上下车的监视，中心调度员各车站的集中监视。三方监视相互独立。有线广播系统：提供车站相应区域的广播功能，有自动和人工广播，并且有选择功能和优先级功能时钟功能：功能是保证运营准时、服务乘客，统一全线设备标准时间电源功能：安全可靠地向通信设备提供不间断供电，保证市电中断，各通信设备仍能正常工作一定时间。2、传输系统2.1传输系统的组成结构2.1.1传输系统的组成光纤骨干网贯穿整个传输介质，它有光纤、电缆两种传输介质。短距离连接使用电缆或多模光纤和LED光源，长距离只能使用单模光纤，可靠保障网络节点用户访问网络、使用网络的途径，为用户接口卡提供电源，接收用户接口卡信息发送到光纤网络，接收光纤网络信息传送到用户接口卡用户接口卡用户接入系统的硬件工具，使自身系统无限向外延伸。有硬件和软件的形式：硬件，板卡自身跳线和微动开关实现；软件，通过网络中心实现网络管理系统基于主流、成熟的操作系统，友好的操作界面，对传输网络的配置、扩展、管理、维护星型拓扑结构：以中心节点为中心，很形象，这种结构需要更多的更多设备、电缆，并且受地理环境影响大点对点型拓扑结构：两个环路连接其中一个环路作为备用环路当发生故障时，故障节点从网络中去除，受地理条件限制，成本高。2.1.2网络的拓扑结构2.1.3节点间的连接方式环路连接方式：每个光/电收发器分别和前后节点通信链路连接方式：一个光/电收发器与前节点通信，另一个光/电收发器和后节点通信2.2传输系统的运行方式双环路运行方式：一个环路运行，负责传送信息，另一环路备用，两个环路功能一致，系统运行，不断监测备用环路，确保备用环路能随时启动，主路故障，备用环路立即启动2.3系统的故障及其恢复主环故障：系统自动将信息传输通道切换到备用环路次环故障系统不采取网络重组动作，但是会将次环路状况信息报告控制中心双环路故障（同点）：回环措施：一节点将输出的主环信息接入到次环，另一节点将次环信息接入到主环节点故障：回环措施多故障同时发生：自动恢复机制执行，分隔成独立的子系统，各子系统正常操作起立，致礼、考勤回答问题、展示预习任务、讨论。记分回顾前面信号系统的学习过程中所涉及到的有关通信系统的内容，回答问题听讲传输系统的不同听讲，记笔记，看图片听讲、讨论：目前我们比较常用用户接口卡主要有哪些种类举一反三，讨论故障处理办法，加深印象德育及行为教育、上课准备检查预习及作业学习效果给学生养成复习、预习的习惯给出通信系统的定义和作用讲授法，介绍通信各系统之间的联系通信系统各个子系统在地铁内的作用，让学生通过图片了解通信系统的组成和功能通过传输系统图片介绍传输系统的组成及其相互的联系；讲授系统各组成单元的功能、特点；用户接口卡展示两张接口卡图片，加深课程印象通过图片，形象的展示系统各故障及其恢复的过程2min5分钟5min15min10min15min25min任务2无线通信（共2课时，每周4课时）院系名称：授课教师任教课程城市轨道交通通信信号授课班级任务无线通信授课时间课型理论R实验□习题£实训R复习□其他□授课地点多媒体教室教学目标知识目标：明确无线系统基本原理明确无线系统的结构和组成明确无线系统的使用能力目标：无线系统的使用和接口德育目标：培养学生自律，严谨的学习态度，团结合作。教学重点无线系统基本原理无线系统的结构和组成教学难点无线系统的结构和组成无线系统的使用教学方法讲授与展示、讨论、问题解答教学手段多媒体教学并结合板书教学板书设计无线通信无线通信的基本原理无线通信设备无线通信在地铁中的使用作业1、无线通信系统在地铁中的应用有哪些？2、目前使用的无线系统有哪几种教学后记

教学过程教师活动学生活动教学意图时间分配组织教学复习旧课：通信的基本原理传输系统的使用导入：【任务案例】与【任务分析】学习新课1、无线传输的定义无线传输（Wirelesstransmission）是指利用无线技术进行数据传输的一种方式。无线传输和有线传输是对应的。随着无线技术的日益发展，无线传输技术应用越来越被各行各业所接受。2、无线传输通信的原理无线通信是利用电波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。在移动中实现的无线通信又通称为移动通信，人们把二者合称为无线移动通信。简单讲，无线通信是仅利用电磁波而不通过线缆进行的通信方式。（1）无线频谱所有无线信号都是随电磁波通过空气传输的，电磁波是由电子部分和能量部分组成的能量波。声音和光是电磁波得两个例子。无线频谱(也就是说，用于广播、蜂窝电话以及卫星传输的波)中的波是不可见也不可听的——至少在接收器进行解码之前是这样的。“无线频谱”是用于远程通信的电磁波连续体，这些波具有不同的频率和波长。无线频谱包括了9KHz到300,000GHz之间的频率。每一种无线服务都与某一个无线频谱区域相关联。例如，AM广播涉及无线通信波谱的低端频率，使用535到1605KHz之间的频率。无线频谱是所有电磁波谱的一个子集。在自然界中还存在频率更高或者更低的电磁波，但是他们没有用于远程通信。低于9KHz的频率用于专门的应用，如野生动物跟踪或车库门开关。频率高于300,000GHz的电磁波对人类来说是可见的，正是由于这个原因，他们不能用于通过空气进行通信。例如，我们将频率为428570GHz的电磁波识别为红色。当然，通过空气传播的信号不一定会保留在一个国家内。因此，全世界的国家就无线远程通信标准达成协议是非常重要的。ITU就是管理机构，它确定了国际无线服务的标准，包括频率分配、无线电设备使用的信号传输和协议、无线传输及接收设备、卫星轨道等。如果政府和公司不遵守ITU标准，那么在制造无线设备的国家之外就可能无法使用它们。（2）无线传输的特征虽然有线信号和无线信号具有许多相似之处——例如，包括协议和编码的使用——但是空气的本质使得无线传输与有线传输有很大的不同。人们谈到无线传输时，是将空气作为“无制导的介质”。因为空气没有提供信号可以跟随的固定路径，所以信号的传输是无制导的。正如有线信号一样，无线信号也是源于沿着导体传输的电流。电子信号从发射器到达天线，然后天线将信号作为一系列电磁波发射到空气中。信号通过空气传播，直到它到达目标位置为止。在目标位置，另一个天线接收信号，一个接收器将它转换回电流。图1-2显示了这个过程。为了更好的理解发送和接收的过程（3）天线每一种无线服务都需要专门设计的天线。服务的规范决定了天线的功率输出、频率及辐射图。天线的“辐射图”描述了天线发送或接收的所有电磁能的三维区域上的相对长度。“定向天线”沿着一个单独的方向发送无线电信号。这种天线用在来源需要与一个目标位置(如在点对点连接中)通信时。定向天线还可能用在多个接收节点排列在一条线上时。或者，它可能用在维持信号的一定距离上的强度比覆盖一个较广的地理区域更重要时，因为天线可以使用它的能量在更多的方向发送信号，也可以在一个方向上发送更长的距离。使用定向天线无线服务的一些例子包括卫星下行线路和上行线路，无线LAN以及太空、海洋和航空导弹。无线通信的分类 无线通信主要包括微波通信和卫星通信。微波是一种无线电波，它传送的距离一般只有几十千米。但微波的频带很宽，通信容量很大。微波通信每隔几十千米要建一个微波中继站。卫星通信是利用通信卫星作为中继站在地面上两个或多个地球站之间或移动体之间建立微波通信联系。1）微波通信 微波通信，英文是MicrowaveCommunication，是指使用微波（Microwave）作为载波，携带信息，进行中继通信的方式。微波，是频率范围300MHz~3THz的电磁波（1THz=1000GHz），也就是说，波长范围是1米~0.1毫米（光速=波长×频率），表1-2列出了频率与波长对比。微波通信并没有使用微波的全部频率，而是主要使用3GHz-40Ghz这个范围。2）卫星通信卫星通信：利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波，从而实现两个或多个地球站之间的通信。城市轨道交通的无线通信无线通信系统作为地铁内部固定人员（如中心操作员、车站值班员等）与流动人员（如司机、运营人员、流动工作人员等）之间以及各专业生产推护人员相互之间进行高效通信联络的有效手段，除了满足运营本身所需的列车无线调度通信和车辆段无线通信外，根据地铁运营管理的实际情况，还可以满足日常管理维护工作中所需的必要调度通信，如日常维修的维修调度、客运无线通信和紧急情况下防灾调度无线通信，以达到保证地铁行车安全、提高运输效率和管理水平、改兽服务质量的目的。地铁无线通信系统采用摩托罗拉公司研发的符合TETRA标准的数字集群系统—DimetraIP系统，它分别覆盖全部地铁线路、沿线各车站的站台和站厅、车辆段、停车场以及控制中心大楼，保证列车运行全程没有通信盲区，为调度员、列车司机、车站值班员、车辆段和停车场内的无线用户提供话音通信和数据通信。无线通信系统由交換控制中心设备、网管设备、调度台、基站、漏泄电缆、用户台、接回设备、光纤直放站等主要设备组成。无线系统采用星形网络结构，数字集群交换控制设备（MSO）一般安装在A站的控制中心设备机房内，基站通过传输系统提供的通道接入交换控制中心。起立，致礼、考勤回答问题、展示预习任务、讨论。记分掌握无线传输系统的基本定义掌握无线传输的特征掌握无线通信的基本类型德育及行为教育、上课准备检查预习及作业学习效果给学生养成复习、预习的习惯讲授无线通信的基本类型和特性讲授无线频谱的使用讲授无线通信系统的设备结构讲授无线通信的基本类型讲授无线通信在城市轨道交通中的使用2min5min5min15min10min30min任务3时钟系统（共2课时，每周4课时）院系名称：授课教师任教课程城市轨道交通通信信号授课班级任务时钟系统授课时间课型理论R实验□习题□实训R复习□其他□授课地点多媒体教室教学目标知识目标：说出时钟系统的作用说出时钟系统的功能说出时钟系统的结构能力目标：能进行时钟系统的调整和校时德育目标：培养学生严肃认真的学习态度教学重点说出时钟系统的功能教学难点说出时钟系统的结构教学方法讲授与展示、讨论、问题解答教学手段多媒体教学并结合板书教学板书设计时钟系统时钟系统的作用时钟系统的结构时钟系统的功能作业无教学后记

教学过程教师活动学生活动教学意图时间分配组织教学复习旧课：无线系统的结构无线系统在城市轨道交通中的使用导入：【任务案例】与【任务分析】学习新课时钟系统1时钟系统的组成 讲授时钟系统各部分的作用 运营准时、服务乘客,统一全线设备标准时间,系统采用GPS标准时间信息,GPS（GlobePositionSystem）全球卫星定位系统GPS标准时钟信号接收单元，设置于控制中心,接收卫星时间,向一级母钟提供时钟源信号一级母钟设置于控制中心,时钟系统主机:主用母钟、备用母钟输出接口、显示单元,转换单元:监测主母钟的工作状态:实现母钟主、备的自动转换监控设备，设置于控制中心,与一级母钟相连,实时监控时钟系统主要设备运行状况二级母钟，设置于车站、车辆段通信设备机房,独立的系统,接收一级母钟的标准时间和控制信息,控制子钟运行,独立母钟单独运行子钟，站厅、站台、值班室、调度室,数字式,指针式2时钟系统的运行原理中央级设备，一级母钟系统,自动接收GPS标准时间信号,校准自身时间精度,分配精确时间给二级母钟系统车站级设备，二级母钟系统,同步一级母钟时间,驱动子钟,自主产生时间信息,与一级母钟的关系的校对，不是绝对服从一级母钟系统的组成机柜设备，电源模块,GPS接收模块,中断/告警模块,时间信息输出模块,子钟驱动模块外围设备，GPS信号接收天线,防雷保护器,子钟,信号电缆二级母钟系统的组成机柜设备，电源模块,时间信息同步模块,子钟驱动模块,时间信息输出模块外围设备:子钟GPS接收模块，接收GPS信号,转换为系统可辨认时间信息,将时间信息通过系统总线传送给其他模块,模块无法正常接收GPS信号时，通过内置高稳定晶振提供时间信号,4-8个并行通道，同时间接收4-8个GPS卫星信号显示屏，按时、分、秒格式提供时间显示,全时标日期显示,格式：年、月、日、星期、时、分、秒控制键盘，控制进行参数设置,界面友