1 1第十五章第十五章 电力系统通信基础电力系统通信基础 15.1 概述 15.2 数字通信原理 15.3 光纤通信 15.4 微波中继通信15.5 电力载波通信15.6 电力系统远动及规约15.7 电力通信网络技术2 215.1 概述概述n1. 1. 通信系统的基本组成及其分类通信系统的基本组成及其分类 (1) (1) 通信系统的基本组成通信系统的基本组成 通信系统由信源、信宿、处理信息的各种设备及信道共同组成 噪噪 声声信信 道道发信设备发信设备信信 源源收信设备收信设备信信 宿宿3 3(2) 通信系统的分类通信系统的分类 根据传输媒质的不同 有线通信系统无线通信系统电缆通信电力载波通信光纤通信微波中继通信卫星通信移动通信无线寻呼通信4 4根据传输信号的不同 v模拟通信系统：传送连续信号，信号频谱窄，抗干扰能力差v数字通信系统：传输离散信号，要求带宽大，信号质量高5 52.2.电力系统通信的作用和特点电力系统通信的作用和特点(1)(1)电力系统通信的特点电力系统通信的特点实时性好:传输延时小可靠性高:不能出错连续性强:电力生产的不间断性 信息量较少：传送电力系统的生产、控制、管理信息网络建设可利用电力系统独特的资源:如载波通信 6 6(2)电力系统通信的定义电力系统通信的定义 电力系统通信电力系统通信，也称电力通信电力通信,是指利用有线电、无线电、光波等各种方式，对电力系统运行、经营和管理等活动中需要的各种信息（符号、文字、声音、图像、数据等）进行传输和交换的电力系统专用通信。
7 7(3)(3)电力系统通信的分类电力系统通信的分类v系统通信（站间通信）:主要提供发电厂、变电站、调度所、公司本部等单位之间的通信连接v厂站通信（站内通信）:通信范围仅限于厂、站内部，主要任务是满足厂站内部生产、管理信息的传递和共享，对于抗干扰、可靠性等有一些特殊的要求8 8(4)(4)电力系统通信的主要作用电力系统通信的主要作用1) 传送电力系统远动、保护、负荷控制、调度自动化等运行、控制信息，保障电网的安全、经济运行;2) 传输各种生产指挥和企业管理信息，为电力系统的现代化提供高速率、高可靠的信息传输网络.9 9(1)(1)我国电力通信网的现状我国电力通信网的现状 数字微波干线网 光纤通信 电力线载波通信 卫星通信 移动通信 自动交换网 数字数据网DDN 3. 3.我国电力通信网的现状及发展我国电力通信网的现状及发展 1010(2)(2)我国电力通信网的发展目标我国电力通信网的发展目标 积极引进当今先进的技术及设备 同步数字系列SDH、ATM、GSMl、CDMA 将电力通信主干网改造成以光纤为主微波为辅的网络 加快开发电信新业务 可视图文、电子信箱、存贮转发、 电子数据交换、多媒体服务111115.2 数字通信原理数字通信原理n一.数字通信系统的基本概念 1.1.数字通信系统基本模型数字通信系统基本模型 数字通信系统是利用数字信号来传递信息的系统。
信信源源噪声源噪声源数数字字解解调调数数字字调调制制信信道道编编码码信信源源编编码码信信道道解解码码信信宿宿信信源源解解码码信信道道数字传输系统数字传输系统1212(1)信源编码:包括模拟信号的数字化和信源压缩编码 (2)信道编码:解决数字通信的传输可靠性问题，也称作抗干扰编码或抗错编码3)数字调制vv基带信号:经过编码的信号序列，是连续的数字 脉冲流vv基带传输基带传输:数字基带信号直接在双绞线等电介质中传输1313v频带传输频带传输(或调制传输):大部分情况下数字基带信号必须经过载波调制，并且把信号频谱搬移到相应的频带，才能实现信息的传输(4) 解调、信道解码、信源解码：与数字调制、信道编码、信源编码的过程正好相反vv调制解调器MODEM (Modulator-Demodulator):专门用于完成调制和频谱搬移的工作的14142.数字通信的特点数字通信的特点 抗干扰能力强 传输质量与通信线路长度无关 便于建立综合各种业务的数字通信网 便于加密处理 设备功耗低、体积小、可靠性高 15153.数字通信系统的主要性能指标数字通信系统的主要性能指标 1) 传输速率 信息速率（比特率） Rb ：单位时间内传输的比特数，单位为比特/秒（b/s或bps） 码元速率（调制速率）RB ：单位时间内传输的码元数，单位为波特（Buad） 二者的关系如下 Rb = RB Log2 2 N NN进制16162)误码率 定义：在数字传输过程中接收错误的码元数（或比特数）占传输总码元数（或总比特数）的比率。
是衡量通信质量好坏的重要指标 用Pec及 Peb 分别代表误码率和误比特率 Pec= 100%Peb= 100%17173)信噪比 定义：信号平均功率PS和噪声平均功率PN之比 S/N = PS/PN 若用分贝值表示，则为SNR=10 lg（ PS/PN ） SNR越大越好 1818二二. .信源编码与信道编码信源编码与信道编码1.信源编码信源编码 1）定义：在数字通信系统中，当信源发出的信号为模拟量时，将模拟信号变换为数字信号的过程 2）最基本的编码方法是脉冲编码调制PCM 3）编码过程： 抽样、量化、编码 1919 2.信道编码信道编码 1）基本思想：通过对信息序列作某种变换，使原来彼此独立，相关性极小的信息码元产生某种相关性，从而在接收端利用这种规律检查或纠正信息码元传输中所造成的差错 实质是采用冗余技术来检错、纠错 2）传输差错类型随机差错随机差错 ：由随机噪声的干扰引起差错是互相：由随机噪声的干扰引起差错是互相独立、互不相关的独立、互不相关的突发差错：由突发噪声的干扰引起一般成串出突发差错：由突发噪声的干扰引起一般成串出现，错误与错误之间有关联现，错误与错误之间有关联2121三三. .数字基带传输数字基带传输(1)(1)基带信号基带信号 定义：在数字通信系统中，经过编码处理的信号 (2)(2)数字基带传输 如果系统使用的信道是可以直接传输数字脉冲信号的数字信道，则不需调制就可直接传送基带信号，这时称为数字基带传输。
2222 (3) (3)基带传输系统的基本结构基带传输系统的基本结构 发发送送滤滤波器波器信信 道道接接 收收 滤滤 波波 器器抽抽样样判判 决决 器器噪声源噪声源基基带带脉脉冲冲 输入输入基基带带脉脉冲冲 输输 出出2323（4）传输码型的选择 码型中低频、高频分量要尽量少 码型中没有直流分量 码型中应包含定时信息，以便于定时提取 码型具有一定的检错能力 码型变换设备简单、易于实现 2424四四.数字调制与解调数字调制与解调定义：用基带信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数字信号的过程称为数字调制：反之，把频带数字信号还原成基带数字信号的反变换则称为数字解调 最基本的数字调制技术幅移键控ASK (Amplitude Shift Keying)、频移键控FSK (Frequency Shift Keying)相移键控PSK (Phase Shift Keying) 2525 1.1.数字调幅数字调幅 1）定义：以基带数字信号控制载波的幅度称为数字调幅（即幅移键控）ASK 2）数字调幅的原理框图 2727 4）2ASK调幅波的波形2828 2. 2.数字调频数字调频 1）定义：用基带信号控制载波频率，即用2个不同频率的载波信号分别代表基带信号中的“0”和“1”，称为数字调频或频移键控FSK 。
2）根据前后比特相应的载波相位是否连续，可将数字调频分为相位不连续的频移键控和相位连续的频移键控 3）最基本的二进制频移键控（2FSK）是一种相位不连续的频移键控 2929 4）2FSK调制器的工作原理 3030 3.3.数字调相数字调相 1）定义：以基带信号控制载波相位，使之作不连续的有限取值的变化，称为数字调相即相移键控PSK 在中高速的数据传送中， PSK被广泛采用 2） 2PSK：用相位选择法产生二相调相信号3131vv相对调相（图相对调相（图c）：）：利用载波信号相位的利用载波信号相位的相对变化来表示数字相对变化来表示数字信号的信号的“1”和和“0”3）相对调相法）相对调相法2DPSK “1”码：码：载波相位改变载波相位改变载波相位改变载波相位改变 “0”码：码：载波相位不变载波相位不变载波相位不变载波相位不变差分频移键控差分频移键控2PSK：图（b）3232n n五五. .同步技术同步技术 定义：同步就是使系统的收发两端在时间上保持步调一致 同步系统的主要指标 同步误差小相位抖动小重复建立时间短保持时间长3333 1.1.载波同步载波同步 1）定义：在采用相干解调的系统中，接收端必须拥有一个与发送载波同频同相的相干载波，这就是载波同步 2）接收端恢复相干载波的方法直接提取法（自同步法） 插入导频法（外同步法 ） 3434 2.2.位同步位同步 1）定义：在接收端产生接收码元重复频率和相位一致的定时脉冲序列的过程，称位同步，也称码元同步。
2）实现位同步的方法 直接法（自同步法） 导频法（外同步法 ） 3535 3.3.帧同步帧同步 数字信息：字句帧群 1）帧同步问题实质上是对帧同步标志（码组）进行检测的问题 2）帧同步系统提出的基本要求 帧同步的引入时间要短 同步系统的工作要稳定可靠在一定的同步引入时间要求下，同步码组的长度应最短 3636 4.4.网同步网同步 1）网同步的概念：在网内建立一个统一的时钟标准，使各站、各设备都具有共同的时钟信号 2）实现网同步的方法 全网同步系统 准同步系统373715.3 光纤通信光纤通信 n n一一. .光纤通信系统的基本组成光纤通信系统的基本组成 1. 光纤通信使用的信息载体是一种具有稳定偏振态的相干光，波长0.81.7 m 2. 光的波长范围处于近红外区38383. 强度调制直接检测系统IM-DD 发送光端机光缆接收光端机电端机光端机电端机光端机PINLD光纤光纤光 中继 器39394. 光纤通信的特点 1）传输频带宽，通信容量大 2）损耗低 ,无中继距离长(100km以上)3）不受电磁干扰 4）设备相对简单 5）保密性能好 6）光缆尺寸小、重量轻，便于敷设，而且制作光纤纤芯的原料SiO2 2异常丰富 4040n二二.光纤光缆光纤光缆 1.光纤的结构与分类光纤的结构与分类1）光纤的外部结构 ：纤芯(n1 1)、包层(n2 2)、涂层、塑料护套。
n1n2 ，相对折射率差41412）光纤的分类v根据纤芯根据纤芯n1 不同不同 阶跃光纤阶跃光纤 渐变光纤渐变光纤 v光纤中传输光波模式的不同光纤中传输光波模式的不同 单模光纤单模光纤 多模光纤多模光纤 42422.2.光缆光缆1）为了满足工程需要，通常将若干根光纤与强度构件一起组合成光缆 2）电力特殊光缆 v1 地线复合光缆OPGW v2 全介质自承式光缆ADSS v3 金属铠装自承式光缆MASS v4 地线缠绕式光缆GWWOP 4343光纤、光缆光纤、光缆44443.光波在光纤中的传播光波在光纤中的传播1）注入纤芯的光波，在满足一定条件时，将在纤芯和包层的交界面反复产生全反射 4747三个低损耗窗口：0.85 m，1.31 m， 1.55 m 1.55m 损耗为: 0.2dB/km48482）色散特性 vv色散:光信号中含有多个不同频率或不同模式的成分信号在光纤中传输时，其不同成份将因群速（即等效折算到光纤轴向的速度）不同而需要不同的传输时间，导致组成光信号的各个成份到达光纤终端（接收端）的时间有先有后，使接收波形产生畸变vv后果:影响速率、通信容量，造成误码49493）偏振特性 vv单模光纤特有的一种特性 vv纤芯的椭圆变形，或光纤受到非对称外应力而产生弹性变形时，单模传输中二个正交的基模分量将具有不等的相位常数。
这种现象叫做光纤的双折射 双折射会导致偏振色散，还会使输出偏振态不稳定5050三.光源和光发射机1. 光源光源 1）半导体激光器LD 半导体激光器即激光二极管, LD的主要工作特性 : a . P-I特性:b . b。