《光纤保护通讯接口》PPT课件.ppt

继电保护光纤通讯接口技术,徐 刚,继电保护光纤通讯接口技术,光纤差动保护 通讯接口技术 光纤通道分接技术 光纤通道在继电保护中的实际应用,光纤差动保护（通讯部分）,差动保护装置 传递的信息 同步采样 通道方式及其实现 三端系统的实现,数字电流差动保护系统构成,系统构成（示意图） 具有2Mbps 高速通信口，可采用专用通道2Mbps，可复用2Mbps(E1)接口，也可复接PCM(64kbps)同向接口 具有双通道冗余功能，两个通道可分别采用专用/复用、64kbps/2Mbps 任意组合 可适用于T 接线路的三端系统 经由保护的通信通道可传送“远跳”命令和“远传”命令 有通道监视和误码检测功能 保护间的数据通信采用32 位CRC 校验，具有超强抗误码能力 通道环回试验 设置控制字 远方环回,电流差动保护系统构成示意图,传递的信息有：时间信息、采样值、向量（计算结果）、状态量（I/O量）、控制命令 通道带宽的计算 帧格式介绍,通道带宽的计算,64kbps：8bytes/ms多个采样点传送一帧报文 2Mbps：256bytes/ms每个采样点传送多帧报文 信息：N个通道的模拟量、M的通道的数字量 串行传输 位信息：N2M/8 例子： 控制命令码（1byte），采样标号（1byte），三相电流（3*412bytes）、2个字节开关量（2bytes），CRC（4bytes）。共计20bytes160bits。160/64：3ms,帧格式的介绍,控制字：表示该帧报文的用途：数据、对时、测试等 采样标号：表明当前信息的时间信息 向量：IA、IB、IC 开关量 校验信息：4字节CRC,采样的同步原理图,采样同步的过程,两端必须分别设置成同步端和参考端 同步端向参考端发同步请求命令 参考端将自己的时间信息发送给同步端 同步端计算通道延时 同步端调整采样时刻,采样同步的特点,每个装置均可预先设置成主机（参考端）或从机（同步端） 对齐方式简单：只需要对齐采样标号 差动保护和延时无关 不需补偿通道延时 能够适应通信路由发生改变的环境 可适应于由于通信路由发生变化而造成传输延迟达20ms 之多，其同步误差不超过1,通道方式,2Mbps专用通道方式 实现形式 2Mbps复接PDH或SDH 实现形式 64kbp复接PCM同相接口 实现形式,2Mbps专用通道方式,2Mbps复接PDH或SDH,64kbp复接PCM同相接口,三端系统,必须设置成一端为主（参考端），另两端为从（同步端） 要求每个保护必须能够出双通道：分别到另外两个保护装置上,通讯接口技术,同步通讯和异步通讯 光接口技术 64k接口技术介绍 2M接口技术介绍 通讯接口的实现 保护装置部分 通讯接口装置介绍 复接技术,同步通讯和异步通讯,同步串行通讯 效率高：不需要起始位和停止位 需要传输时钟信息 需要传输同步字符 硬件复杂 两端时钟同步 以帧为单位,异步串行通讯 效率低：每字节需要起始位和停止位，甚至校验位 不需要传输时钟信息 不需要同步字符 硬件简单 两端可不同步 以字节为单位,光接口技术（1）,光接口分类 长距离局间通讯 短距离局间通讯 局内通讯 光接口参数 参考点S参数 参考点R参数 S-R点光参数,光接口技术（2）,发送机（S点）参数 光谱特性 最大均方根宽度 最大20dB宽度 最小边模抑制比 平均发送功率 最大谱功率密度 光信噪比 消光比 眼图模板,光接口技术（3）,接收机（R点）参数 接收机灵敏度 接收机过载功率 接收机反射参数 光通道功率代价,光接口技术（4）,光通道（S-R）参数 衰减 色散 码间干扰 模分配噪声 啁啾（zhoujiu）声 反射,64k通道技术介绍（ G.703 ）,编码规则,第一步：将一个64Kbit/s数据信息比特周期分成四个相等的单位间隔。 第二步：将64Kbit/s数据信号中的二进制“1”编成如下四比特的码组：“1100”。 第三步：将64Kbit/s数据信号中的二进制“0”编成如下四比特的码组：“1010”。 第四步：通过交替变换相邻四比特码组的极性，把二电平信号转换成三电平信号。 第五步：每第8个四比特码组破坏组间的极性交替。被破坏的码组标志了64Kbit/s数据信号的8个比特码组的最后一比特。,64k通道实现方案,2M通道技术介绍,2M复接方式 HDB3编码 2M专用通道方式 接口简单 硬件简单 编码简单、灵活 维修方便,HDB3编解码原理,码（三阶高密度双极性码）是基带电信设备之间进行基带传输的主要码型之一。它的主要特点是易于提取时钟、不受直流特性影响、具有自检能力、连令串小于个等。 信号是我国和欧洲国家电信传输网一次群使用的传输系统。信号由个的话路经过时分复用形成。建议标准详细规定了码用于信号的标准。 码是（ ）码的改进型。码是用交替极性的脉冲表示码元“”，用无脉冲表示码元“”。为了防止电路长时间出现无脉冲状态，码的编码规则是：当没有个或个连续的“”码时，就按码规则编码；当出现个或个连续的“”码时，每个连续“”的第一个“”的变化应视它前面相邻的“”的情况而定，如果它的前一个“”的极性与前一个破坏点的极性相反而本身就是破坏点，则个连续的“”的第一个仍保持“”；如果它的前一个“”的极性与前一个破坏点的极性相同而本身就是破坏点，则第一个“”改为“”。这一规则保证了相继破坏点具有交替的极性，因而不会引入直流成分。个连续“”的第，个总是“”。个连续的“的第个改为“”，而极性与它前一个“”的极性相同（破坏点极性交替规则）。在接收端，如果相继接收到两个极性相同的“”它的前面有个连续的“”则将后一个“”改为“”如果它的前面有个连续的“”，则将前后两个“”改为“”，这样就恢复了原来的数据信号。,2M通道实现方案,保护通讯接口的实现（1）,保护装置部分 结构框图 同步串行口 采用单片机串口方式：缓冲小，没有协议支持，编程复杂 采用串行控制器方式：多串口、带缓冲、支持HDLC 编解码：1-3步 时钟：主从模式 电/光转换,保护装置部分,单片机串口方式,采用单片机本身提供的同步串行口 发送和接收分开 接收到的是位信息 需要寻找同步字 需要软件校核报文（CRC等） 速率受限制,串行控制器介绍（1）,两路独立的串行通道 串行速率可达10Mbps 片内或片外时钟可选 两个独立的波特率发生器 每通道、每方向独立的64字节缓冲区 支持多种通讯模式 同步、异步 字节同步、位同步 HDLC/SDLC协议 支持透明传输,透明传输：在所传输的信息中，若出现了每个帧的开头、结尾标志字符和控制字符的序列 ，要插入指定的比特或字符，以区别以上各种标志和控制字符 ，这样来保障信息的透明传 输，即信息不受限制,串行控制器介绍（2）,支持多种编码方式 NRZ（非归零编码）、NRZI（非归零转化编码） FM 曼彻斯特 支持CRC校验 HDLC/SDLC: CRC-CCITT 或者 CRC-32 BISYNC: CRC-16 or CRC-CCITT,FPGA 编解码,编解码功能,工作在64kbps 发送：将从串口控制器上接收到的64k的NRZ码数据经过G.703标准的1至3步，编码成256k的码流（1编码成1100, 0编码成1010），然后经过发送到光口。 从光口收到的编码经过解码后变成NRZ码，经过256k到64k的解码（1100解码成1，1010解码成0）成为64k的NRZ码，送给串口控制器 工作在2Mbps 发送：将从串口控制器上收到的2MHz的NRZ码数据经过编码发送到光口。 接收：将光口收到的编码经过解码后变成NRZ码，送给串口控制器,保护通讯接口的实现（2）,通讯接口装置 结构框图 光/电转换 编解码 时钟： 64kbps模式下的时钟设置（从、从） 2M模式下的时钟设置（主、从） 复接,通讯接口装置简介（1）,连接方式 复用基群设备连接方式 2M/E1接口连接方式 人机界面（状态指示） 电源指示 自环状态指示 光路状态 电路状态,通讯接口装置简介（2）,通信接口 64k接口：差分、屏蔽、双绞线 2M/E1接口：同轴电缆 光接口：光接收、光发送 功能选择（开关） 通道选择：64k or 2M 环回选择：环回 or 运行,通讯接口装置硬件原理框图,接口装置编解码（框图）,接口装置编解码（过程）,64kbps 将从光口上接收到的码流解码成NRZ码，数据经过G.703标准的3至1步，还原成64K，然后完成G.703标准的1至5步代码变换规则，发送到PCM机上 从PCM机收到的256KHz信号，经过编码成后直接发送给光口 2Mbps 发送：将码流解码成NRZ码，发送给LX332芯片 接收：将从LX332上收到的2MHz的NRZ信号编码发送给光口,同向接口代码变换模块,同向接口代码变换过程,其中256K解码成64K模块完成G.703的3至1步，先将256K数据恢复成64K，然后经过64K编码成256K模块，完成G.703的1至3步，这样做的原因是重新根据64K数据提取时钟，减少编码的误码率。最后数据要经过G.703标准4至5步变换模块将256K信号编码成差分的三电平信号。,G.703中4-5步的实现（框图）,G.703中4-5步的实现（过程）,16进制计数器完成将64K时钟分频的功能，产生2分频和8分频，经过破坏点信号产生模块产生MUX模块的选择信号，破坏点信号产生模块主要是由几个触发器和一个异或门组成。MUX模块用于产生差分的两个输出信号,通讯接口装置的调试,检查电源是否正常：电源指示灯 光纤短接：检查数据指示灯是否闪烁 光信号的测量 光发功率 接收灵敏度 记录存档,通讯接口装置的特点（1）,采用G.703标准接口，通用性强 全透明通信,用户无须任何调试，即插即用 具备电源监视、通道环回测试、收发信号异常指示等功能，便于维护和故障处理； 光传输为全动态范围，具有自动功率控制环节，与保护装置之间的最大光传输距离为40km,通讯接口装置的特点（2）,兼容两种标准通信速率和相应的电接口：64kbps和2048kbps； 与保护装置进行数据交换的介质为光纤，抗干扰能力强 采用大规模专业集成电路（CPLD芯片）、高集成光收发器件及数字锁相环技术，体积小，可靠性高； 抗电磁干扰、地环干扰和雷电破坏,时分多路复用与复接技术,时分多路复用 复接技术,时分多路复用,时分多路复用 概念：是各路信号在同一信道上占有不同时间间隙进行通信。 时分复用的中的同步技术 位同步 帧同步 时分复用的帧结构：整个系 统共分为32个路时隙，其中30个路时隙分别 用来传送30路话音信号，一个路时隙用来传送帧同步码，另一个路时隙用来传送信令码,数字复接技术,PCM复用和数字复接 数字信号的复接 数字复接中的码速变换,光纤通道分接技术,光纤保护的发展 电力通讯网的发展 光缆熔解技术的发展 光纤保护性能优越 光纤通道高可靠性和抗强电磁干扰能力 旁代方法 切换保护的跳合闸回路 旁路保护和线路保护的通道互换,通道切换方法,插拔尾纤法 光开关切换法 PCM时隙切换法 光纤接口盒法 光通道分接法,插拔尾纤法,实现方法：人工取、插连接到通道的尾纤 光纤连接器 材质：不锈钢，耐磨性强 反射小、插入损耗小 互换性和重复性好 结构合理、机械性能稳定可靠,插拔尾纤法的特点,优点： 适用于专用光纤通道和复用通道 简单易行 缺点： 受尾纤限制 插拔光纤时容易造成光纤接头损伤 操作后需检测通道,光开关切换法,光开关的分类,光开关举例纤维型,移动反射镜式光开关,光开关切换法例子,光开关切换法特点,适用于专用光纤通道和复用通道 由于光开关工艺和技术上的限制，未能普及，价格昂贵,PCM时隙切换法,条件： 线路和旁代均通过PCM信道传输 复用传输时，每套保护只占用一对PCM时隙 实现方法：通讯人员通过软件将线路通道的时隙分配给旁代通道 特点： 不需更改任何保护装置，在通讯机房通过软件实现 需要通讯人员配合 需要单独的PCM时隙做条件 应用状况：尚无成功实例,光纤接口盒法,光纤接口盒法特点,适用于专用光纤通道和复用通道 不需要移动保护装置尾纤 和插拔尾纤法原理一致,光通道分接法,实现方法：光/电转换、电信号处理 功能特点 不用插拔光纤 不用检测光通道恢复状态 有电源、通道状态指示 开关选择通道：简单方便 可以级联,光通道分接装置,光通道分接装置特点,全透明通信,用户无须任何调试，即插即用 具备电源监视、通讯信号异常指示等功能，便于维护和故障处理 光传输为全动态范围，具有自动功率控制环节，与保护装置之间的最大光传输距离为40km 与保护装置进行数据交换的介质为光纤，抗干扰能力强 采用大规模专业集成电路（CPLD芯片）、高集成光收发器件，可靠性高 抗电磁干扰、地环干扰和雷电破坏,光通道分接装置的使用,光通道分接装置的级联,光纤通道在继电保护中的实际应用,继电保护用通道的种类及其特点 继电保护装置到通讯通道（PDH/SDH设备）之间的部分 保护配置 光端机连接方式（连接方式见P166图7-1） 远方信号传输装置 PCM机连接方式（第五节64k通道） 通讯误码参数介绍,继电保护用通道的种类及其特点,音频模拟通道接口 对通信系统的要求很低，音频电缆连接 传输速率低：12004800bps，传送数据信息少 异步通讯方式、时延大 通道无法进行有效监视，故障定位难 抗干扰和隔离性能较差,继电保护用通道的种类及其特点,专用光纤通道 抗干扰能力突出 直接采用光纤通讯、省却中间环节，降低了故障概率，简化故障处理环节 独占2根光纤，利用率低 传输距离受限制 无自愈环保护优势,继电保护用通道的种类及其特点,64kbps信号通道 接口简单：2对双绞线，配置方便 需要PCM设备，增加成本、复杂度、故障点 一般专用PCM设备 电信号，抗干扰能力有限 传输距离有限 时钟同步问题易造成故障,继电保护用通道的种类及其特点,复用光纤通道 具有专用光纤通道的优点 克服了带宽利用率低的缺点 原理和64kbps相同 继电保护设备和PDH（SDH）设备均需光纤接入口,继电保护用通道的种类及其特点,2Mbps数字信号通道 标准信号接口，开放式通