华北电力大学电力系统通信4349

电力系统通信华北电力大学电气与电子学院卢文冰2019/11/191主要内容：l1.1通信技术的发展l1.2计算机通信与网络l1.3我国电力系统通信的现状及发展战略2019/11/192一.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v语音和文字阶段v电通信阶段v电子信息时代2019/11/193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。2019/11/1941.1.2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2019/11/195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.2019/11/196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。2019/11/197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1-22019/11/198•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2019/11/1992019/11/1910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2019/11/1911（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2019/11/1912（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。2019/11/1913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2019/11/19141.1.3通信信道和噪声(1)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。2019/11/1915图1–3调制信道和编码信道2019/11/1916(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2019/11/1917（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2019/11/19181.4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”。2019/11/1919模拟通信系统的有效性和可靠性v有效性可用有效传输频带来度量。v可靠性用接收端最终输出信噪比来度量。v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。2019/11/1920数字通信系统的有效性和可靠性v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v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）2019/11/1921v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。v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:2019/11/1922v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)2019/11/1923v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)2019/11/1924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2019/11/19251.2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。2019/11/1926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：l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。l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。2019/11/1927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。2019/11/1928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。2019/11/19291.2.2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.X2019/11/19301.3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2019/11/1931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。2019/11/1932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2019/11/1933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2019/11/1934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2019/11/19352.1通信的基本概念2.1.1信号的种类2.1.2数据传输模式2019/11/19362.1.1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)