华北电力大学电力系统通信

电力系统通信华北电力大学电气与电子学院卢文冰2024/2/61主要内容：

1.1通信技术的发展

1.2计算机通信与网络

1.3我国电力系统通信的现状及发展战略2024/2/62一.概述1.1.1通信的概念从古至今通信的方式多种多样，传递的内容千差万别，但有一个共性——信息传递因此，所谓通信就是信息的传递，这里的“传递”可以认为是一种信息传输的过程或方式。通信的发展史：简单的说经历了三个阶段语音和文字阶段电通信阶段电子信息时代2024/2/63值得人们纪念的10项重大通信技术：1、摩尔斯发明有线电报。2、马克尼发明无线电报。3、载波通信。（它的出现改变了一条线路只能传送一路电话的局面，使一个物理介质上传送多路音频电话信号成为可能）4、电视。（使传输和交流信息从单一的声音发展到实时图象）5、电子计算机。6、集成电路。7、光纤通信。8、卫星通信。9、蜂窝移动通信。10、因特网。2024/2/641.1.2通信系统的分类与构成通信系统的定义与组成用于进行通信的设备硬件、软件和传输介质的集合叫做通信系统。

图1-1干扰信源发送设备传输介质接收设备信宿源系统目的系统2024/2/65从硬件上看，通信系统主要由信源、信宿、传输介质和收信、发信设备五部分组成。（如图1-1）

信源:把各种可能消息转换成原始的电信号.发送设备:将信源产生的信号变换为适于信道传输的信号.传输介质:也叫信道,是信号的传输媒介.接受设备:作用是将从信道上接收的信号变换成信息接收者可以接收的信息.信宿:信息的接收者.噪声:系统内各种干扰影响的等效结果.2024/2/66通信系统的分类

(1)按信号特征分类

根据信道中传输信号种类的不同,通信系统可分为两大类:

模拟通信系统—信道中传输模拟信号

数字通信系统—信道中传输数字信号模拟与数字的概念:A、模拟信号-参量(因变量)取值随时间(自变量)的连续变化而连续变化的信号.

离散信号-在时间上取离散值的信号。

B、数字信号-自变量取离散值，参量取有限个经过量化的离散信号。2024/2/67图1-2即为数字通信系统模型；图1-1为模拟通信系统模型；信源编码：对模拟信号进行编码，去掉冗余信息，得到数字信号信道编码：对数字信号进行再次编码，使得信号具有自动检纠错能力噪声信源调制器信道解调器信宿信源编码信道编码信道译码信源解码图1-22024/2/68

数字通信的优点-抗噪声（干扰）能力强-可以控制差错，提高了传输质量-便于用计算机进行处理-易于加密、保密性强-可以传输语音、数据、影像，通用、灵活2024/2/692024/2/610

需要说明的是，自从有了数据通信系统之后，这种以信道传输信号的种类为标准对通信系统进行的分类就显得不够严谨，因为数据通信系统的信道可以是传输数字信号的信道，也可以是传输模拟信号的信道，或者说数据通信中的数据信号既可以以数字信号的形式在数字信道中传输，也可以转换成模拟信号在模拟信道中传输。

这样我们可以把通信系统分为三种：模拟通信系统-模拟通信数字通信系统-数字通信数据通信系统-数据通信2024/2/611

（2）按传输介质分类：按传输介质的不同，通信系统又有无线通信系统和有线通信系统之分。无线通信系统-利用无线电波、红外线、超声波、激光进行通信的系统有线通信系统-用导线作为介质的系统随着通信技术、计算机技术和网络技术的飞速发展，单纯的有线或无线通信系统越来越少

2024/2/612

（3）按调制方式分类按调制与否可，分为基带通信系统和调制通信系统（4）按通信的业务分类按传送信息的物理特征分为电话通信系统、电报通系统信、广播通信系统、电视通信系统、数据通信系统等。（5）按工作波段分类按使用波长可分为长波通信系统、中波通信系统、短波通信系统、微波通信系统和光通信系统。2024/2/613

综上所述,通信系统的分类可表示为:

模拟基带传输系统模拟通信系统通信系统模拟调制传输系统数字基带传输系统数字通信系统数字调制传输系统2024/2/6141.1.3通信信道和噪声信道的定义和分类定义：信道是指以传输媒质为基础的信号通道。分类：广义信道、狭义信道。有线信道、无线信道。调制信道、编码信道。2024/2/615图1–3调制信道和编码信道2024/2/616(2)通信噪声的定义与分类广义上说，通信系统中不携带有用信息的信号就是噪声。

根据来源不同，噪声可分为人为噪声、自然噪声、内部噪声。

根据噪声性质，噪声可分为：

单频噪声：以某一固定频率出现的连续波噪声

脉冲噪声：一种随机出现的无规律噪声

起伏噪声：主要是内部噪声，而且是一种连续波随机噪声2024/2/617（3）信道的容量

信道容量：单位时间内信道上所能传输的最大信息量，可以用信道的最大信息传输速率来表示。香农公式：C=Blog2(1+S/N)(bit/s)C—

信道容量(b/s)B—信道带宽（Hz）

S—

信号功率N—噪声功率2024/2/6181.4通信体统的质量指标通信系统的主要性能指标是有效性和可靠性。有效性是指在给定信道内所传输的信息内容的多少，或者说是传输的“速度”。可靠性是指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”。2024/2/619模拟通信系统的有效性和可靠性有效性可用有效传输频带来度量。可靠性用接收端最终输出信噪比来度量。不同调制方式在同样信道信噪比下所得到的最终解调后的信噪比是不同的。如调频信号抗干扰能力比调幅好，但调频信号所需传输频带却宽于调幅。2024/2/620数字通信系统的有效性和可靠性有效性可用传输速率来衡量。码元传输速率信息码元传输速率可靠性可用差错率来衡量。误码率（码元差错率）误信率（信息差错率）2024/2/621码元传输速率RB简称传码率，又称符号速率等。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特（Baud），记为B。例如，若1秒内传2400个码元，则传码率为2400B。数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与进制数无关，只与传输的码元长度T有关:2024/2/622通常在给出码元速率时，有必要说明码元的进制。由于M进制的一个码元可以用log2M个二进制码元去表示，因而在保证信息速率不变的情况下，M进制的码元速率RBM与二进制的码元速率RB2之间有以下转换关系：

RB2=RBMlog2M(B)2024/2/623信息传输速率Rb简称传信率，又称比特率等。它表示单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特/秒，可记为bit/s，或b/s

，或bps。每个码元或符号通常都含有一定bit数的信息量，因此码元速率和信息速率有确定的关系，即

Rb=RB·H(b/s)H为信源中每个符号所含的平均信息量（熵）。等概传输时，有最大熵log2M，于是

Rb=RBlog2M(b/s)2024/2/624衡量数字通信系统可靠性的指标是差错率，常用误码率和误信率表示。误码率（码元差错率）Pe是指码元在传输系统中被传错的概率，即误信率（信息差错率）Pb是指发生差错的比特数在传输总比特数中所占的比例，即2024/2/6251.2计算机通信与网络1.2.1计算机通信与网络的基本模型定义计算机通信是面向计算机和数据终端的一种通信方式，可以实现计算机与计算机之间数据信息的生成、存储、传递和交换。用数据通信网将地理位置不同，功能独立的多个计算机互联在一起，以功能完善的网络软件实现网络中资源共享的计算机系统成为计算机通信网。2024/2/626计算机通信网组成计算机通信网由资源子网和通信子网组成。资源子网：负责数据信息处理以实现网络资源共享的计算机与终端。通信子网：负责数据通信的设备与通信线路。通信子网分为两种类型：点对点通信子网：从信源端发出的信息经过多个交换点转发到达指定的信宿端，一般用于广域网。广播式通信子网：所有计算机共享同一信道，必须有相应的信道访问控制技术分配信道使用权，一般用于局域网。2024/2/627计算机网络的分类按覆盖区域分：局域网、域域网、广域网。按网络所有权分：公共网、专用网、私用网。按拓扑结构分：总线形网、星形网、环形网、树形网、网状形网及混合形网。按信息交换方式分：电路交换网、报文交换网、分组交换网。按组网技术分：陆地网、卫星网、分组无线网、局域网。按网络环境分：工作组网、部门级网、企业级网、超企业级网、全球网。按网络控制方式分：集中式控制网络和分布式控制网络。2024/2/628计算机通信的特点计算机通信主要以数据通信为主，因此传输的可靠性要求高。计算机设备出自不同的厂商，又用于不同的目的，故需要具备灵活的通信接口，以适应各类用户需要。数据信息传输效率高。呼叫平均持续时间短、效率高。业务参数随应用环境有较大差别。2024/2/6291.2.2标准化组织计算机网络技术中的标准：法定标准、事实标准目前国际上制定通信与计算机网络标准的几个权威组织

ISO国际标准化组织、CCITT国际电话与电报咨询委员会、ANSI美国国家标准协会、EIA美国电子工业协会、IEEE电气与电子工程师学会。常用的体系结构模型

ISO/OSI七层模型TCP/IP协议簇局域网标准集IEEE802.X2024/2/6301.3我国电力系统通信的现状及发展战略电力系统通信的主要内容按业务划分：关键运行业务、事务管理业务关键运行业务是指远动信号、数据采集与监视控制系统、能量管理系统、继电保护信号和调度电话。事务管理业务包括行政电话、会议电话和会议电视、管理信息数据。电力通信网的结构特点：要求通信有较高的可靠性和灵活性实时性要求高通信范围点多面广无人值守机房多网局省局地区局发电厂发电厂变电站变电站2024/2/631电力系统的通信方式电力系统通信几乎包括了所有的通信方式，不仅采用普通的音频电话、明线载波、电缆载波、特高频、数字微波等通信方式，而且还采用了扩频通信、光纤通信、卫星通信等先进的通信方式和手段，同时采用程控交换技术，把各种通信线路连接起来，进行语音、数据信息交换，形成一个完整的通信网，因此电力系统通信网是一个先进的、综合型的专业通信网。我国电力系统通信发展战略存在的问题：一、通信网网络结构比较薄弱；二、干线传输容量偏小；三、现有的网络技术尚不能满足未来业务发展的需要，网络管理水平有待提高。2024/2/632信息应用信息处理信息传输信息采集光纤接入网中压PLC宽带无线接入电力光纤传输网电力综合信息交换平台导线状态分析杆塔状态分析气象条件分析一次设备状态监测二次设备状态监测智能输电线路智能变电站线路状态视频安全气象条件一次设备二次设备FTUTTU电能质量计量考核居民用电配电网自动化电能质量控制智能配电网精细用能管理信息双向互动智能用电系统智能电网通信信息网络架构与标准体系信息交换信息接入链式传感器网络恶劣电磁环境传感网大规模传感器网络智能电网通信信息解决方案2024/2/633电力通信塔终端信道McWiLL基站电力通信塔McWiLL基站电力通信塔McWiLL基站居民电表远程集中抄表终端居民电表居民电表MEM160配电自动化终端FTUTTUDTUMEM160负控开关负控开关台区电表负荷管理终端MEM160SAC及网管服务器其它工作站负控工作站配变监控工作站LAN主站系统宽带无线接入技术在智能配用电网中的应用示范2024/2/634第二章通信的技术基础2.1信号的种类与传输方式2.2模拟信号的数字化编码2.3数据的检错与纠错2.4调制解调器2.5多路复用技术2.6信息交换技术2.7通信网2024/2/6352.1通信的基本概念2.1.1信号的种类2.1.2数据传输模式2024/2/6362.1.1信号的种类一、模拟信号与数字信号

（一）模拟信号

模拟信号是指代表消息的电信号及其参数（幅度、频率或相位）取值随时间的变化而连续变化的信号，如图2.1。

f(t)f(nT)

PAM信号

(a)

(b)

图2.1模拟信号波形(a)连续模拟信号；(b)离散模拟信号2024/2/6372.1.1信号的种类（二）数字信号

数字信号是由一系列的电脉冲所组成，时间上是离散的，幅度上也是离散的。如图2.2.

f(t)At

0τTT+τ

nT

nT+τ

图2.2周期矩形脉冲信号2024/2/6382.1.1信号的种类二、周期信号与非周期信号

周期信号是指信号在相同的时间间隔后，会重复前一次的波形。即满足f(t)=f(t+kT),式中，T为信号周期；k为正整数；则称该信号为周期信号（如图2.2）；否则为非周期信号。三、信号的表示方式

常用的表示方法有数学表达式法、时域波形图法和频谱表示法。2024/2/639BAB2.1.2数据传输模式一、串行与并行传输

根据在传输介质中的存在状态和先后顺序，数据传输方式分为并行传输和串行传输。

(a)并行传输(b)串行传输

图2.3传输方式A2024/2/6402.1.2数据传输模式二、同步与异步传输

（一）同步传输

收发双方统一时钟节拍完成数据传送。数据发送一般以帧（群）为单位。

图2.4同步传输单元帧起始控制信息数据帧结束校验和0–nbit8bit8bit8-32m2024/2/6412.1.2数据传输模式

（二）异步传输

收发双方位定时时钟独立，数据率双方约定，收端利用数据本身进行同步。

图2.5

异步传输单元起始位数据位停止位间隔,不固定2024/2/6422.1.2数据传输模式三、单工、半双工与全双工

图2.6单工、半双工与全双工通信方式2024/2/6432.2信号的调制与编码2.2.1

数字—数字的转换2.2.2模拟—数字的转换2.2.3数字—模拟的转换2.2.4模拟—模拟的转换调制与解调2024/2/6442.2.1数字—数字的转换

数字－数字编码或转换是用数字信号来表示数字信息。如果由计算机产生的数字数据，直接或经过波形形成电路后在其原始电信号所固有的频带上传输，称为数字数据的基带传输。相应的系统称为基带传输系统。这里的波形形成电路就是为了使信号的码型与信道传输特性相匹配，一般有如下要求：如果传输线路中有电容耦合电路的设备，就要求信号不含直流和低频分量；所选码型所占频带要窄；信号本身包含位同步信息；具有差错检测能力；编译码的电路应尽量简单便于实现。2024/2/6452.2.1数字—数字的转换数字基带信号常用的码型有很多，下面是几种常用的1.单极性不归零码（NRZ）

码型基带波形如图2.7(a)所示。(a)t2.单极性归零码（RZ）码型基带波形如图2.7(b)所示。(b)t3.双极性不归零码（NRZ）码型基带波形如图2.7(c)所示。(c)t4.双极性归零码（RZ）码型基带波形如图2.7(d)所示。(d)t0

1001110

2024/2/6462.2.1数字—数字的转换5.极性交替转换码（AMI）码型基带波形如图2.7(e)所示。(e)t6.曼切斯特码码型基带波形如图2.7(f)所示。(f)t7.差分曼切斯特码

码型基带波形如图2.7(g)所示。(g)t

图2.7

各种码型基带波形2024/2/647对于传输码型，有如下一些要求：无直流分量和只有很小的低频分量；含有码元的定时信息；传输效率高；最好有一定的检错能力；适用于各种信源，即要求以上性能和信源的统计特性无关基带数字信号的传输码型2024/2/648AMI码－传号交替反转码

编码规则：“1”

交替变成“＋1”和“－1”， “0”

仍保持为“0”，例：消息码：010110001 AMI码：0+10-1+1000-1优点：没有直流分量、译码电路简单、能发现错码缺点：出现长串连“0”时，将使接收端无法取得定时信息。又称：“1B/1T”码－1位二进制码变成1位三进制码。2024/2/649HDB3码－3阶高密度双极性码

编码规则：首先，将消息码变换成AMI码，然后，检查AMI码中连“0”的情况：当没有发现4个以上（包括4个）连“0”时，则不作改变，AMI码就是HDB3码。当发现4个或4个以上连“0”的码元串时，就将第4个“0”变成与其前一个非“0”码元（“＋1”或“－1”）同极性的码元。将这个码元称为“破坏码元”，并用符号“V”表示，即用“+V”表示“＋1”，用“－V”表示“－1”。为了保证相邻“V”的符号也是极性交替：*当相邻“V”之间有奇数个非“0”码元时，这是能够保证的。*当相邻“V”之间有偶数个非“0”码元时，不符合此“极性交替”要求。这时，需将这个连“0”码元串的第1个“0”变成“＋B”或“－B”。B的符号与前一个非“0”码元的符号相反；并且让后面的非“0”码元符号从V码元开始再交替变化。2024/2/650例：消息码:100001000011000011AMI码:-10000+10000-1+10000-1+1HDB3码:-1000-V+1000+V-1+1-B00-V+1-1

-1000-1+1000

+1

-1+1

-1

00

-1

+1-1

译

码：

-10000+1

0000

-1+1

0000

+1-1

100001000011000011译码：发现相连的两个同符号的“1”时，后面的“1”及其前面的3个符号都译为“0”。然后，将“+1”和“-1”都译为“1”，其它为“0”。优点：除了具有AMI码的优点外，还可以使连“0”码元串中“0”的数目不多于3个，而且与信源的统计特性无关。去掉V满足交替，单独V仍然满足交替2024/2/651双相码－曼彻斯特码编码规则：消息码“0”传输码“01”

消息码“1”

传输码“10”

例：

消息码：

11

0

0

10

1 双相码：1010

01

01

10

01

10 译码规则：消息码“0”和“1”交替处有连“0”和连“1”，可以作为码组的边界。

优缺点：只有2电平，可以提供定时信息，无直流分量；

但是占用带宽较宽。+E-E10012024/2/652密勒码

编码规则：消息码“1”

用中点处电压的突跳表示，或者说用“01”或“10”表示；消息码“0”

单个消息码“0”不产生电位变化，连“0”消息码则在边界使电平突变，或者说用“11”或“00”表示特点：当“1”之间有一个“0”时，码元宽度最长（等于两倍消息码的长度）。这一性质也可以用来检测误码。产生：双相码的下降沿正好对应密勒码的突变沿。因此，用双相码的下降沿触发双稳触发器就可以得到密勒码。00消息码：10110001双相码：10011010 0101

0110双相码波形：双相码相位：0

00

0密勒码：2024/2/653CMI码－传号反转码

编码规则：消息码“1”

交替用“11”和“00”表示； 消息码“0”

用“01”表示，00消息码：10110001双相码：10011010 0101

0110双相码波形：双相码相位：0

00

0密勒码：0CMI码：2024/2/654nBmB码

这是一类分组码，它把消息码流的n位二进制码元编为一组，并变换成为m位二进制的码组，其中m>n。后者有2m种不同组合。由于m>n，所以后者多出(2m–2n)种组合。在2m种组合中，可以选择特定部分为可用码组，其余部分为禁用码组，以获得好的编码特性。双相码、密勒码和CMI码等都可以看作是1B2B码。在光纤通信系统中，常选用m=n+1，例如5B6B码等。除了nBmB码外，还可以有nBmT码等等。nBmT码表示将n个二进制码元变成m个三进制码元。返回2024/2/6552.2.2模拟—数字转换模拟－数字的转换是将模拟信号数字化。典型的转换方法为脉冲编码调制（PCM）。将模拟信号经过抽样、量化、编码三个处理步骤变成数字信号的A/D转换方式称为脉冲编码调治（PCM，PulseCodeModulation）。2024/2/6562.2.2模拟—数字转换1.抽样低通信号抽样定理：如果模拟信号的最高频率为fm，若采样频率fs大于或等于2fm的采样频率，则采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。2024/2/6572.2.2模拟—数字转换2.量化利用预先规定的有限个电平来表示模拟信号抽样值的过程称为量化。量化电平：需要把取值无限的抽样值划分成有限的M个离散电平，此电平被称为量化电平。均匀量化非均匀量化信号幅度越小，量化噪声/信号幅度就越大，解决办法——非均匀量化，幅度小的信号量化电平增加。

2024/2/6582.2.2模拟—数字转换3.编码把量化后的信号电平值变换成二进制码组的过程称为编码，其逆过程称为解码或译码。在PCM通信编码中，折叠二进码比自然二进码和格雷二进码优越，它是A律13折线PCM30/32路基群设备中所采用的码型。A律13折PCM——原CCITT所建议。2024/2/6592.2.2模拟—数字转换整个信号范围内共16段，13个斜率的折线每一段再等分为16份，每份均匀量化

图2.9A律特性在正域的近似2024/2/6602.2.3数字—模拟的转换数字－模拟的转换是基于以数字信号（0、1）表示的信息来改变模拟（载波）特征的过程。有三种调制方法：振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。2024/2/6612.2.4模拟—模拟的转换模拟－模拟的转换，使用模拟信号来表示模拟信息的技术。模拟－模拟之间的调制（调制是载波通信技术的基础）可以通过三种方法实现：调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)。2024/2/6622.3数据的检错与纠错2.3.1误码的原因2.3.2差错控制的基本方式2.3.3纠错检错码基本原理2.3.4常用差错控制编码方法2024/2/6632.3.1误码的原因

1.干扰的影响：加性干扰和乘性干扰2.信道的特性：

随机信道：误码随机出现，如白噪声影响；突发信道：错码在一段时间成串出现，脉冲干扰和信道衰落现象；混合信道：即存在随机错码又有突发错码.2024/2/6642.3.2差错控制的基本方式在数据通信中，利用差错控制编码进行差错控制的基本工作方式一般分为三种：检错重发、前向纠错和混合纠错。一、前向纠错（FEC-ForwardErrorCorrection）发送端发送能够纠错的码，接收端收到后能检错和纠错；特点是无需反馈信道，译码实时性好，设备复杂。二、检错重发（ARQ-AutomaticRepeatRequest）发端发送具有检错能力的码，接收端判断是否有错，如果认为有错则发端重发，直到接收正确为止。特点是设备简单，需反馈信道，实时性差。2024/2/6652.3.2差错控制的基本方式三、混合纠错（HEC-HybirdErrorCorrection）

混合纠错是将前向纠错和检错重发方式的结合。当在该码的纠错能力范围内时，自动纠错；当错误过多，超出纠错能力时，反馈重发。2024/2/6662.3.3纠错检错码基本原理一、纠错编码的原理

纠错编码原理：在信码元后面增加监督位，并选择其中的组合作为禁用码(不用的码型)，利用码的冗余性实现纠错或者检错。二、分组码的概念

将信息码分组，为每组信息码附加若干监督码的编码，称为分组码。码组重量：码组中“1”的数目称为码组的重量；码组距离d：对应位上数字不同的位数成为码组的距离；最小码距d0：在(n,k)线性分组码中，任两个码字之间的距离中最小的码距称为最小码距；2024/2/6672.3.3纠错检错码基本原理检错：设要检测的错码个数为e，则要求最小码距d0≥e+1。纠错：设要纠正的错码个数为t，则要求最小码距d0≥2t+1。同时纠错检错：d0≥e+t+1（e>t）。满足条件3，可以同时纠正t个错，检出e个错。2024/2/6682.3.4常用差错控制编码方法1.

奇偶校验码

现将数字序列分组，若干码元为一组在各组的数字信息后面附加1位监督位，使得该码组连监督位在内的“1”的个数位偶数(偶校验)或奇数(奇校验).偶校验

an-1+an-2+…+a0＝0奇校验an-1+an-2+…+a0＝12024/2/6692.3.4常用差错控制编码方法2.恒比码每码组均含有相同数目的1由于1和0的数目之比相同，因此得名这种码在检测时只要计算接收码组中的1的数目是否正确如7中取3码能检测出全部单个错误，因为单个错误使得码组中1的个数变为2或者4；同理奇数个错误也能检测出来，如：0011100变为0111100，1111110，1101111偶数个：0101100，1100100变为允用码组。2024/2/6702.3.4常用差错控制编码方法3.汉明码建立在代数学基础上的编码称为代数码，常见的是线性码；线性码中信息位和监督位是由线性代数方程联系着的，或者说，线性码是按一组线性方程构成的；汉明码是一种能够纠正1位错码的编码方式；r个监督位构造出r个监督关系式来指示一位错码的n个可能的位置，则要求：2r-1≥n或2r≥k+r+1。编码效率：k/n=(2r-1-r)/(2r-1)=1-r/n。2024/2/6712.3.4常用差错控制编码方法4.循环码线性分组码中的一种；除具有线性码的一般特性外，还具有循环性，即：循环码中的任一码组循环一位后仍为该码中的一个码；若（an-1an-2an-3

…a2a1

a0）是一循环码组，则（an-2an-3

…a2a1

a0an-1

）（an-3

…a2a1

a0an-1an-2

）（a1

a0an-1an-2an-3

…a2

）也是该码中的码组。2024/2/6722.4调制解调器2.4.1调制解调器的作用2.4.2调制解调器的分类2.4.3调制解调器的标准2.4.4宽带调制解调器Modem2024/2/6732.4.1调制解调器的作用调制解调器的作用：在数据终端与信道之间插入数字调

制解调器（Modem-ModulatorandDemodulator）利用Modem在数据

发送端将数字信号转换成便于通道

传送的模拟信号，而在接收端再将

模拟信号转换为数字信号。2024/2/6742.4.2调制解调器分类按工作速率分：低速Modem（<1200bit/s）,中速Modem（1200~9600bit/s）,高速Modem（>9600bit/s）按调制方式分：频移键控FSK，相移键控PSK，振幅键控ASK按结构分：机箱式，独立式，插卡式按应用场合分：四线电路Modem,二线电路Modem按信号传输方式分：同步传输方式，异步传输方式2024/2/6752.4.3调制解调器的标准一、标准与建议

1.三种调制协议V.32协议是9600bit/s高速Modem的标准调制协议。V.32bis协议是14400bit/s高速Modem的标准调制协议。V.34协议采用四维TCM编码调制方式等和V8协议握手等先进手段先进技术，使其传输速率达到28.8kbit/s。2.差错控制协议两个工业标准：MNP和V.423.数据压缩协议两个工业标准：V.42bis和MNP54.通信软件

2024/2/6762.4.3调制解调器的标准二、AT命令AT命令集的产生是为了调制解调器的兼容性。AT命令集是衡量调制解调器和主机上的调制解调器软件是否能流行，和是否被用户所接受的重要指标。2024/2/6772.4.4宽带调制解调器ModemISDNModem

ADSLModem2024/2/6782.5多路复用技术2.5.1多路复用的基本概念2.5.2频分多路复用（FDM）2.5.3时分多路复用（TDM）2.5.4波分多路复用（WDM）2024/2/6792.5.1多路复用的基本概念多路复用技术：使多个信号沿同一信道传输而互相不干

扰的技术

频分多路复用（FDM）多路复用技术时分多路复用（TDM）

波分多路复用（WDM）2024/2/6802.5.2频分多路复用（FDM）原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每路信号占用一个频率通道进行传输。频率通道之间留有防护频带以防相互干扰。图2.10频分复用原理图CH2CH1CH3原带宽CH1CH2CH3移频后带宽MUXCH1CH2CH3带宽复用信号f复用器2024/2/6812.5.3时分多路复用（TDM）原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个时隙，每路数据占用一个时隙进行传输。A2A1A3原始信号D2D1D3数字化信号MUX复用后的数据流时隙号1231D3D2D1时间片12时间片2D1时隙D2图2.11时分复用原理图2024/2/6822.5.3时分多路复用（TDM）一、T1载波T标准在北美和日本采用，T1载波是T标准的基群，由24路8kHz抽样的信号复用而成。

帧125µs（193bits）

7位数据1位控制信号帧同步编码图2.12T1载波帧结构C23C1C2C242024/2/6832.5.3时分多路复用（TDM）二、E1载波E标准在欧洲和我国采用，E1载波是E标准的基群。又称PCM30/32系统。E1载波由32路组成，其中30路用来传输用户语音信号，2路用作信令。每路话音信号抽样速率为fs=8000Hz,一帧共有32个时间间隔，称为时隙。2024/2/6842.5.3时分多路复用（TDM）3.91us备用比特复帧同步信号CH16~CH29信令时隙帧同步时隙abcdabcdCH15CH30CH2CH17CH1CH16保留给国内通信用CH3032路时隙256bit125usF0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F15TS0TS1TS2

…TS15TS16TS17

…TS31x001101100001A211abcdabcd11111A1x1abcdabcd

16帧2.0ms复帧结构基本帧帧结构偶帧TS0话路时隙话路时隙奇帧TS0F1F2F15

A1：帧失步对告码

A2：复帧失步对告码同步时为0，失步时为1，收信号中得不到帧同步信号、复帧同步信号时向对方发告警信号CH0~CH15图2.13E1载波的帧结构2024/2/6852.5.3时分多路复用（TDM）三、多级复用

在TDM系统中，将多个基群信号再按时分的方法多次汇接起来，以便形成更高速率的数据流的复接方法，称为多级复用。通常有三种复接方法：按位复接，按路复接，按帧复接。2024/2/6862.5.4波分多路复用（WDM）波分多路复用是将频分复用技术用于光纤信道。其基本原理与频分复用FDM大致相同。2024/2/6872.6信息交换技术2.6.1交换的概念2.6.2电路交换2.6.3报文交换2.6.4分组交换2.6.5异步转移模式ATM2.6.6

交换技术的比较2024/2/6882.6.1交换的概念什么是交换？交换就是按某种方式动态地分配传输线路资源,完成主叫和被叫之间的信息转接。交换就是指各通信终端之间（比如计算机之间，电话机之间，计算机与电话机之间等），为交换信息所采用的一种利用交换设备（交换机或节点机）进行连接的工作方式。例如，电话交换机在用户呼叫时为用户选择一条可用的线路进行接续。用户挂机后则断开该线路，该线路又可分配给其它用户。为什么要采用交换技术？节省线路投资，提高线路利用率交换设备通信网中的重要设备，给任意的入线和出线之间建立连接2024/2/689交换设备终端设备传输设备由多台交换机组成的通信网2024/2/690交换分类

电路交换CircuitSwitching

报文交换MessageSwitching

数据报Ditagram(面向非连接)信息交换分组交换虚电路VirtualCircuit(面向连接)PacketSwitching

快速分组交换帧中继FrameRelayFastSwitching信元中继CellRelayATM

2024/2/691空间交换单元的控制方式012012012TS12TS8TS12TS808121272TS8TS8输入控制方式1TS12TS1220对应出端号对应TDM上时隙总数2024/2/692空间交换单元的控制方式012012012TS12TS8TS12TS808122TS8TS8输出控制方式0TS12TS1220127对应入端号对应TDM上时隙总数2024/2/693时间接线器的控制方式SMCM011270111127SMCM011112701127T接线器的控制方式：（CM是控制写入，顺序读出）输出控制方式：顺序写入，控制读出输入控制方式：控制写入，顺序读出输出控制方式输入控制方式TS22TS1112TS2TS11121112024/2/6942.6.2电路交换目前公用电话网上广泛采用的就是电路交换方式。电路交换的优点是传输可靠、实时、有序。缺点是建立拆除时间的存在，对传输量不大的间歇性通信而言，效率不高。电路交换的主要特点为：传输延迟小；实时交换，通信质量有保障；网络忙时建立线路所需时间较长，需10~20s或更长时间；数据传输中真正使用线路的时间不过1%~10%，系统消耗高，利用率低电路交换不具备差错控制的能力，也不具有数据存储能力，因此，很难满足计算机通信系统要求的指标。当节点使用电路交换技术时，可构成公用电话网（PSTN）、数字数据网（DDN）、移动通信网等。2024/2/695呼叫请求呼叫应答数据ABCD寻路延迟tAECBDA节点发信端收信段（a）（b）图2-43电路交换过程示意图（a）电路交换节点示意图（b）电路交换时序示意图2024/2/6962.6.3报文交换报文交换是指以报文为单位进行存储与转发的交换方式。每个节点都先将报文存储在该节点处，然后按目标地点、按网络的具体传输情况（忙、闲），寻找合适的通路将报文转发到下一个节点。经过这样的多次存储/转发，最终到达信宿，完成一次数据传输。报文交换的特点：与电路交换相比，报文交换没有电路接续所需的延时；在报文交换过程中不需要独占信道，多个用户的报文可以在一条线路上以报文为单位进行多路复用，线路的利用率极高；用户不需要叫通对方就可以发送报文，无呼损；要求节点具有足够的报文数据存储能力；数据传输的可靠性高，每个节点在存储/转发中，都进行差错控制。报文交换的缺点是：由于采用了对完整的报文的存储/转发，且对报文长度没有限制，当报文很长时就会长时间占用某两个节点之间的链路，节点存储/转发的时延较大，不利于实时交互式通信。2024/2/697报文ABCD排队延迟AECBDA节点发信端收信段（a）mmmm图2-44报文交换过程示意图（a）报文交换节点示意图（b）报文交换时序示意图t2024/2/6982.6.4分组交换分组交换即所谓的包交换，是针对报文交换的缺点而提出的一种改进的交换方式。在分组交换中，要限制一个数据报的大小，即要把一个大数据报分成若干个小数据包（俗称打包），每个小数据包的长度是固定的。数据分组在网络中有两种传输方式，数据报DG（Datagram）和虚电路VC（VirtualCircuit）2024/2/699（一）数据报

在数据报方法中，每个节点采用一个路径选择算法，为每个数据包选择一次路径。一个节点在发送多个发往同一地址的数据包时，可以根据线路的拥挤情况为各个包选择不同的转发节点所以一个大数据段的各个数据包可能是从不同的路径到达接收端的，并且到达的先后顺序也不一定是分组时的顺序，这要根据网络中当时的拥挤情况而定。每个数据包都有相应的分组信息，接收端可以根据这些信息把它们重新组合起来，恢复原来的数据块。

2024/2/6100数据报特点：不需要呼叫，对于数据量小的通信，传输效率较高。分组传输延时大，且各组延时不定。各分组到达终端可能需要重新排序。对网络拥塞或故障适应能力强。一个节点故障，可选择另外的传输路径。2024/2/6101（二）虚电路

在虚电路方法中，发送方先发出一个请求数据包给接收方，在收到对方的应答后，双方在网络中的一条路径上建立起一种逻辑上的连接（虚电路）分组需包含虚电路标识符该路径上各个节点都服从于这种逻辑上的安排，即按照逻辑连接的方向和接收的次序进行转发，就好像收发双方有一条专用信道一样。发送方依次发出的每个数据包经过若干次转发，按顺序到达接收方。双方完成数据交换后，再以请求包的形式拆除虚电路。与数据报的区别是节点不必为每个分组做路由选择2024/2/6102虚电路交换虚电路、永久虚电路交换虚电路SVC是指：用户通过呼叫建立连接，数据传送完毕拆线。永久虚电路PVC：终端用户之间建立固定的虚电路连接，无需呼叫。双方的逻辑连接由网络管理预先定义。特点：有呼叫，对于数据量大的通信，传输效率较高。不必对每个分组做路由选择，时延小。不需对到达终端的各个分组进行重新排序。节点或线路故障后，网络需要进行重连接（不需要呼叫了，由网络进行重连接）。2024/2/6103比较

数据报面向非连接，虚电路面向连接，更为可靠，实时性又好，所以分组交换主要采用虚电路方式

2024/2/6104分组交换主要特点：传输质量高，误码率低；能自动选择最佳路径，节点利用率高；共享信道，资源利用率高；可在不同速率的通信终端之间传输数据；一般用于数据交换，也可用于分组话音业务；传输信息有一定的时延；技术实现复杂；对于长报文通信的传输效率较低。分组1分组2分组3ABCD分组4分组交换时序图2024/2/6105异步传输模式(AsynchronousTransferMode,简称ATM)ATM是一种高速分组交换技术，采用了以固定长度短信元(Cell)为单位的存储转发方式，故又称为信元交换。ATM将话音、数据和图像等数据分解成长度固定的数据块，并在各数据块前加上地址、优先级等控制信息构成信元。信元由5字节的信元头部和48字节的有效载荷构成：信元头部

有效载荷5Byte

48Byte信元2.6.5异步转移模式ATM2024/2/61062024/2/6107在ATM网络中，空信元以一定的速率出现，发送站只要获得空信元即可把信息插入到信元中发送。因信息插入位置无周期性，故称这种传送方式为异步传输模式。实际上就是统计时分复用。ATM特点：面向连接(虚连接)，按序递交；固定大小的信元，便于高速处理(可用硬件实现)；可以实时地传送语音和活动图像。123456数据块信元流2024/2/61082.7.6交换技术的比较技术特性电路交换分组交换ATM统计复用无是是吞吐量低低高时延小较大小时延可变不变是支持可变与不变服务类型面向连接面向连接面向连接/无连接用户接入速率固定2400bit/s~64kbit/sN*64Kbit/s~622Mbit/s信息单元定长不固定不固定固定信息单元长度缺省128字节53字节开销高较低较高提供的业务数据数据语音、数据动态图像、多媒体视频应用信息量大的场合计算机、终端联网、电子信箱、EDI等综合的语音、高速数据多媒体视频传输介质模拟/数字电路模拟/数字电路光缆2024/2/61092.7通信网通信网是指多用户通信系统在一定的范围相互连接构成的通信系统。通信网以通信设备和交换设备为点，以传输设备为线，并按一定的顺序点线相连构成有机组合的系统。完成多个用户对多个用户的通信。2024/2/61102.7.1通信网组成构成通信网的基本要素是：终端设备、传输链路和转接交换设备。其中终端设备是通信网中的源点和终点。终端设备的主要功能，是把输入信息变换为适宜于在信道中传输的信号，并参与控制通信作用。对应不同的业务有不同的终端。传输链路是网络节点的连接媒质，是信息和信号的传输通路。它由传输介质和各种通信装置组成。转接交换设备是通信网的核心。其主要功能有交换、控制、管理和执行等。2024/2/61112.7.2通信网分类通信网有不同的分类方法，常见的有以下几种：按照运营方式分为公用网和专用网。按照网络服务范围分为市内网、长途网和国际网等。按照业务范围分为电话通信网、数据通信网和广播电视网。2024/2/61122.7.3通信网拓扑结构（1）星型网（2）总线型网（3）环型网（4）树型网（5）网型网（6）复合型网星型网总线型网环形网树型网网型网复合型网2024/2/61132.7.4电力系统通信中常用通信网电力系统通信网中常见的通信网络有电话交换网络、电力数据网、电视电话会议网、企业内联网等。1.电力电话交换网我国电力电话网有三级长途交换中心和一级本地网端局组成四级结构。其中一、二、三级的长途交换中心构成长途电话网，由本地网端局和按需要设置的汇接局组成本地电话网。一级交换中心是国家电力（国网）通信中心，二级交换中心是网（区域网公司）局交换中心，三级交换中心是省（省公司）级交换中心。电力系统交换网是专用交换通信网，其作用是传输和交换电力调度人员的操作命令、经济调度、处理事故、行政管理等信息，是确保电力系统安全生产、稳定、经济运行的重要指挥调度工具。2024/2/61142.电视电话会议网会议电视系统是依托计算机网络在异地的多个会场召开电视会议系统。其国际标准是H.32x。在我国，会议电视系统的应用有两种形式：一是中国电信经营的以预约租用方式使用的公用会议电视系统，系统覆盖所有省会及主要地级城市；二是组建专用网络。建设会议电视系统需要考虑这样一些关键因素：需求分析采用何种制式（协议）系统，是H.320还是H.323；使用何种网络类型，是电路交换网络还是分组交换网络，网络运行费用是否可以承受。2024/2/6115（一）会议电视系统的制式1.H.320系统H.320协议的系统类似于传统广播电视系统。2024/2/61162.H.323系统H.323是支持在分组交换网络进行多媒体通信的协议。基于H.323协议的系统技术特征是，允许在网络时延不确定的平台上运行。2024/2/6117（二）会议电视系统的网络1.支持H.320系统的网络原则上只要是提供电路交换形式的网络均可支持H.320。2.支持H.323系统的网络基于H.323的视频终端通常通过局域网络经IP（路由器）网络进行通信。2024/2/6118三、电力数据网主要用于传输不同的数据业务，如远动、保护、IP数据流等。一般要求电力数据网具有较高的可靠性、开放性和实用性。2024/2/6119第三章电力系统常用通信方式音频电缆电力线载波通信光纤通信移动通信数字微波中继通信卫星通信扩频通信2024/2/61203.1音频电缆音频电缆（又称电力专线）由多根相互绝缘的导体，按一定的方式绞合而成的线束，其外面包有密闭的外护套，必要时还有外护层进行保护。音频电缆是联系调度所与载波终端站的中间环节，也是调度所与近距离发电厂、变电所之间的主要通信方式。2024/2/6121通信线路允许的最大衰耗bmax=10lgP1/P2两个用户话机之间的线路衰耗，对于频率为800Hz的最大值不应超过30db，实际中除了线路衰耗，还有因交换设备、中继线路、用户环节等的衰耗。实际中允许通信线路上的衰耗仅为12db。电话机A电话机B通信线路P1P2音频电话通信2024/2/6122为了延长通信距离，采用二线制音频通信，设置放大器，在放大器和通信线路连接处，插入插接系统，防止振鸣现象产生。2024/2/6123为了避免产生振鸣从而延长通信距离，可采用四线制音频通信。2024/2/6124音频电缆通信方式的优缺点优点：音频电缆作为通信信道，在抗干扰和未定性方面比较理想，投资小、维护简单。缺点：1）传输速度受限制，难实现高速数据传输2）传输距离受限制，不宜长距离传输3）传输差错率较高4）若与电力线网杆架设，发生倒杆事故时，通信也可能中断2024/2/61253.2电力线载波通信电力线载波通信电力线载波通信是利用高压电力线（在电力载波领域通常指35kV及以上电压等级）、中压电力线（指10kV电压等级）或低压配电线（380/220V用户线）作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。2024/2/6126

载波通信原理线路传输频带音频信号的频带一般为300~3400Hz，频带很窄，一般通信线路能传送信号的频带远比此宽。通信线路频带架空明线0~150kHz对称电缆12kHz以上同轴电缆300kHz以上2024/2/6127载波通信原理频分多路复用2024/2/6128电力载波通信原理电力载波通信系统由高频通道和电力载波设备组成。其中高频通道包括：电力线、阻波器、耦合电容、结合滤波器。电力载波设备由发信支路、收信支路和音频汇接电路组成。阻波器：阻止高频电流向其他分支泄漏，起减少高频能量损耗的作用。（通工频、阻高频）耦合电容：通高频电流阻工频电流，与结合滤波器共同组成带通滤波器，只允许特定频率内的高频电流通过。（通高频、阻工频）结合滤波器：电气架空线路的阻抗约400Ω，电力电缆的阻抗约100Ω或75Ω，因此利用结合滤波器与它们起阻抗匹配作用，以减少高频信号的衰减，使载波机收到的高频功率最大2024/2/6129电力载波通信的特点数据和话音各占一个频段，同时传送互不影响利用电力线作为载波通信通道，不需要单独架设和维护线路，且电力线路结构坚固，可靠性高，传输衰耗小电力线和电气设备运行时，存在电晕、电弧等现象，影响电力线高频通道信号传输质量，误码率很不理想电力载波通信的站址完全取决于电力线路结构，给通信组织带来困难，当线路故障时，通道中断为避免工频谐波干扰，频率不能太低，为防止衰耗过大，频率不能太高。目前我国电力线载波频率范围规定为40~500kHz。2024/2/6130电力载波通信的通信方式定频通信方式电力线载波机的发信频率和收信频率（每秒周波数）是固定不变的。这种一对一的定周通信方式，便于远动信号的传输和各站之间的相互通信，被广泛采用。110kV以上的电网中，由于话务量较大、传输信息较频繁，均采用该方式。2024/2/6131电力载波通信的通信方式中央通信方式为了实现调度所所在地A站和B、C站之间的调度通信，亦可采用一对N的定周通信方式，这时称为中央通信方式。只在通话次数不多的较小的通信网中采用。优点是不论站数多少，仅使用两个频率，且每站只用一台载波机，经济。用于在话务量较少的县级电网中。2024/2/6132电力载波通信的通信方式变频通信方式为了克服中央通信方式的缺点，实现三站之间的通信，采用变频式通信方式。静止状态是三站都是发信频率f2，收信频率f1，当A站主叫摘机时，发信频率自动变换为f1,收信频率自动变为f2,此时形成A机与B、C机的一对二通信状态，主叫A可通过拨号自动选择一站进行通信。同理可实现B站C站的用户作为主叫的通信。2024/2/6133电力载波通信的通信方式流动通信方式为巡线或线路检修时与调度所、变电所之间的通信所用，由携带型副机和固定型主机组成，主机采用常规的线路设备，而副机用天线耦合，这种结合设备携带和安装都不困难。2024/2/6134电力线载波通信的其他通信方式绝缘地线载波通信为了防止相导线直接遭受雷击，在电力线上方，通常架设有一根（G）或两根（G1、G2）架空地线，为了减少架空地线对电能输送带来的损耗，这些架空地线实际并不直接接地，而是在各杆塔上通过放电间隙P接地。这样不仅可以使架空地线的防雷性能不受影响，而且由于对地绝缘，可以减少电力线路的电能损耗；同时又为利用架空地线开设载波通信提供了条件。

2024/2/6135绝缘地线载波通信优点（1）绝缘地线载波的线路设备简单，不需要高频阻波器和高压耦合电容器，因此对工程施工和设备制造均带来方便，并具有经济意义。（2）架空地线上感应的工频电流和电压大大低于相导线上的值，因此地线载波通道中的杂音干扰电平比电力线通道中的杂音干扰电平低许多（约低5～10dB）。因此如果采用良导体绝缘架空地线，在同一发信电平下，地线载波通道的传输距离较远。（3）线路设备简单和线路杂音电平的降低，使得地线载波的工作频率范围可从低频8kHz开始，这样不仅使线路衰减有所降低，而且可以充分利用电力线载波无法使用的40kHz以下的频段。（4）在电力线停电作业、相导线加挂地线的情况下，电力线载波通道不能通话，但地线载波通道仍可维持通信。这对于那些途经山区，交通不便的线路，开设流动性检修通信特别适用。2024/2/6136电力线载波通信的其他通信方式分裂导线载波通信目前，220kV以上的高压电力线路几乎都采用相导线为分裂导线的结构。这种分裂相导线一般采用两根以上的导线组成一条相导线。各分裂导线间距为0．4～0．6m，为加强机械性能，防止相互碰撞，每隔40～70m安装一个金属支架。如果将这些金属支架改用绝缘支架，即将各分裂导线绝缘；那么分裂相导线就可作为一对或几对通信线。因