《电力通信技术》课件

电力通信技术---1.通信原理概述课程内容通信系统的组成和分类

通信系统是实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和。基本的点对点通信都是将消息从发送端通过某种信道传递到接收端，如下图所示。

课程内容

模拟通信系统是指利用模拟信号来传递信息的通信系统。

模拟通信系统需要两种变换。

第一，发送端的连续消息需要变换成原始连续变化的电信号，接收端收到的信号需要反变换成原连续消息。

第二，将原始电信号变换成适合信道传输的信号，接收端需进行反变换。这种变换和反变换通常被称为调制和解调。调制后的信号称为已调信号或频带信号，将发送端调制前和接收端解调后的信号（即原始电信号）称为基带信号。

模拟通信系统模型课程内容课程内容

数字通信系统

数字通信系统是指利用数字信号来传递信息的通信系统，如下图所示。数字信号是指离散变化的电信号。课程内容信源--把消息转换成原始的电信号，完成非电/电的转换；信宿--把复原的电信号转换成相应的消息，就是完成电/非电的转换。加密器有两个作用：

其一，进行模/数转换；

其二，数据压缩，即设法降低数字信号的数码率。编码器--根据输入的信息码元产生相应的监督码元来实现对差错进行控制；译码器--主要是进行检错与纠错。调制器--把各种数字基带信号转换成适应于信道传输的数字频带信号。

数字通信的优点课程内容1.数字传输抗干扰能力强，尤其在中继时可以消除噪声的积累；2.便于加密处理，保密性强；3.传输差错可以控制，改善了传输质量；4.利用现代技术，便于对信息进行处理、存储、交换；5.便于集成化，使通信设备微型化。数字通信的许多优点都是用比模拟通信占据更宽的系统频带换来的。以电话为例，一路模拟电话通常只占据4kHz带宽，而一路传输质量相同的数字电话要占用数十千赫兹的带宽。另外，数字通信对同步要求高，系统设备比较复杂。课程内容通信系统的传输方式一、串行与并行传输1．并行传输并行传输指的是数据以成组的方式，在多条并行信道上同时进行传输。优点：①收、发双方不存在字符同步的问题。

②传输速度快，一位（比特）时间内可传输一个字符。缺点：①通信成本高。

②不支持长距离传输。适于在一些设备之间的距离较近时采用，例如，计算机和打印机之间的数据传送。课程内容

2．串行传输串行传输指的是组成字符的若干位二进制码排列成数据流以串行的方式在一条信道上传输。优点：串行传输只需要一条传输信道，易于实现，是目前主要采用的一种传输方式。缺点：需外加同步措施，这是串行传输必须解决的问题。

课程内容二、异步传输与同步传输

数据通信按照其传输和同步方式分为两种类型，异步传输和同步传输。1．异步传输异步传输是指收发双方采用一定的帧头、帧尾来确定数据包，不需要收发双发同步。优点是设备简单，便宜，缺点是传输速率不高。2．同步传输同步传输是指在不同的通信设备间保持一致性，收发双方具有同频同相的时钟信号。优点是通信即时性能好，能获得较高的传输速率，缺点是对同步时钟要求严格，必须严格的同步。异步传输和同步传输课程内容课程内容三、单工、半双工与全双工

对于点与点之间的通信，按消息传送的方向与时间关系，可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种方式。1．单工通信方式是指消息只能单方向传输，如遥测、遥信、遥控等。2．半双工通信方式是指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收发的工作方式，如使用同一载频的无线电对讲机。3．全双工通信方式是指通信双方可同时进行收发消息的工作方式，如普通电话。课程内容

单工、半双工与全双工课程内容电力系统通信电力专用通信按通信区域范围不同，分为“系统通信”和“厂站通信”两大类。系统通信也称站间通信，主要提供发电厂、变电所、调度所、公司本部等单位相互之间的通信连接，满足生产和管理等方面的通信要求。厂站通信又称站内通信，其范围为发电厂或变电站内，与系统通信之间有互连接口，主要任务是满足厂（站）内部生产活动的各种通信需要，对抗干扰能力、通信覆盖能力、通信系统可靠性等也有一些特殊的要求。课程内容电力系统通信网。课程内容电力系统通信网

通过音频配线架实现音频信号的连接；PCM的主要功能是将音频信号汇接成2M信号或将2M信号解复用成音频信号；

通过数字配线架实现2M信号的连接；

光设备的主要功能是将2M信号或以太网信号汇接光信号或将光信号解复用2M信号或以太网信号；通过光配架实现光信号的连接。

电力通信技术---2.数字通信基础课程内容信号的表示方式（一）数学表达式法。例如：

正弦信号表示为

（二）时域波形图法。例如：正弦信号表示为课程内容信号的表示方式（三）频谱表示法单频正弦信号为V(f)ff1音乐信号表示为V(f)ff3f1f2f4f5f6f7相关专业名词解释1）调制：是指用一个信号（调制波）去控制一个电振荡（载波）的参量的过程。2）基带信号：没有经过调制的信号(待调制信号)。3）频带信号：经过调制的信号。将信源发出的原始电信号对频率较高的载波进行调制，使有用信号搬移到适合信道的频率范围内进行传输的信号。在接收端则需要对已调信号进行解调，恢复出原始信号。课程内容课程内容调制的分类1.根据调制信号分：分为模拟调制和数字调制。2.根据载波分类：连续载波调制(以正弦波为载波)和脉冲载波调制(以脉冲序列为载波)。3.根据调制器对载波信号的参数改变分类：幅度调制、频率调制和相位调制(角度调制)。4.根据调制前后信号的频谱结构关系分类：线性调制和非线性调制。课程内容调制方式幅度调制：用调制信号去控制载波的振幅,使正（余）弦载波的幅度随调制信号作线性变化的过程。在幅度调制中有常规调幅（AM）

双边带（DSB）调制

残留边带（VSB）调制

单边带（SSB）调制幅度调制是线性调制。线性调制系统的抗噪声性能课程内容调制系统的抗噪声性能:利用解调器的信噪比来衡量。信噪比:有用信号与噪声的平均功率之比。

sm(t):输入端的已调制信号;n(t):加性高斯白噪声;ni(t):带通噪声。

课程内容角度调制频率调制（FM）和相位调制（PM）都是改变了载波信号的瞬时角度，所以统称为角度调制。

角度调制是非线性调制。任一未调制的正弦载波可表示为:SAM（t）＝A0cos(ωct+φo)

A0————载波的恒定振幅；ωct+φo————信号的瞬时相位，φo为初相位。

课程内容相位调制（PM）载波的振幅不变，调制信号m(t)控制载波的相位，使已调信号的瞬时相位偏移随m(t)成正比变化，即：φ(t)＝KPm(t)式中：KP为比例系数，称为调相灵敏度(rad/V)，与调相器有关。调相信号表达式为：SPM(t)＝A0cos[ωct+KPm(t)]课程内容频率调制（FM）载波的振幅不变，调制信号m(t)控制载波的频率，使已调信号的瞬时角频率ω(t)偏移随m(t)成正比变化，即：

ω(t)

＝KFm(t)式中：KF为比例系数，称为调频灵敏度(rad/s·V)，与调频器有关。根据ω(t)与φ(t)的关系，可知：频分复用课程内容频分复用（FDM）的基本原理是频率搬移。

通过对多路调制信号进行不同载频的调制，使得多路信号的频谱在同一个传输信道的频率特性中互不重叠，从而完成在一个信道中同时传输多路信号的目的。1．发送端为了限制已调信号的带宽，首先将各路信号通过低通滤波器LPF进行限带。限带后的信号分别对不同频率的载波进行线性调制，形成频率不同的已调信号。为了避免已调信号的频带交叠，再将各路已调信号送入对应的带通滤波器进行限带。限带后的已调信号相加后形成频分复用信号再送入信道中传输。

课程内容2．接收端首先用带通滤波器将多路信号分别提取，再由各自的解调器进行解调，最后经低通滤波器滤波后恢复为原调制信号。

频分多路复用原理图

课程内容

小练习已知音频信号的频带为0.3~3.4kHz，其频谱如图所示，用它去调制频率为50kHz的高频载波。如果采用双边带调制，①画出该双边带信号（DSB）的频谱；②指出该双边带信号的频带及带宽。

fM(f)3.4kHz0.3kHz-3.4kHz电力通信技术---3.差错控制编码课程内容差错控制编码的基本概念及方法

在数据通信中，由于来自信道中的各种干扰，使数据在传输与接收的过程中可能发生差错。

差错即误码，造成误码的原因主要有：一是信道不理想造成的符号间干扰；二是噪声对信号的干扰。对于前者通常通过均衡方法可以改善以至消除；后者是造成传输差错的主要原因。差错控制是对后者采取的技术措施，目的是提高传输的可靠性。差错控制的核心是差错控制编码，即在信息码元序列中加入监督码元就称为差错控制编码，也称为纠错编码。

课程内容差错控制的基本方法前向纠错（FEC）检错重发（ARQ）混合纠错（HEC）反馈效验（IRQ）1、前向纠错（简称FEC）前向纠错系统中，收、发信之间只有一条单向通道（正向信道）。发送端的信道编码器将输入数据序列按某种规则变换成能够纠正错误的码，接收端的译码器根据编码规律不仅可以检测出错码，而且能够确定错码的位置并自动纠正。如图4-1-1（a）所示。这种纠错方法不需要反馈信道，也不存在由于反复重发而延误时间，实时性好。但是它所附加的监督码较多，传输效率低，纠错设备比检错设备复杂。课程内容课程内容2、检错重发（又称自动请求重发ARQ）这种差错控制方式是在发送端对数据序列按一定的规则进行编码，使之具有一定的检错能力，成为能够检测错误的码组（检错码）。接收端收到码组后，按编码规则校验有无错码，并把校验结果通过反向信道反馈到发送端。如无错码，就反馈继续发送信号。如有错码，就反馈重发信号，发送端把前面发出的信息重新传送一次，直到接收端正确收到为止。如图4-1-1（b）这种编码方法检错码构造简单，插入的监督码位不多，设备不太复杂。缺点是实时性差，且必须有反向信道，通信效率低。检错重发根据工作方式又可分为三种，即停发等候重发、返回重发和选择重发。如图4-1-2所示。课程内容

课程内容【思考与练习】1．在数据传输中，何为差错？2．差错控制编码的基本方法有哪些，各有什么特点。3．什么是最小码距，它与编码的检错纠错能力有什么关系？课程内容常用差错控制编码方法

一、奇偶监督码奇偶校验码是一种检错码，又称奇偶监督码，属于分组码。它是在原信息码后面附加一个监督元，使得码组中“1”的个数是奇数或偶数，或者说，它是含一个监督元，码重为奇数或偶数的（n，n+1）系统分组码。1．一般奇偶校验码奇偶校验码分奇校验码和偶校验码，两者构成原理是一样的。课程内容

基本原理：在奇偶校验码中，无论信息位有多少位，校验位只有一位。编码规则：

先将所要传输的数据码元分组，在分组数据后面附加一位校验位，使得该组码连同校验位在内的码组中的“1”的个数为偶数（称为偶校验）或奇数（称为奇校验），在接收端按同样的规律检查，如发现不符就说明产生了差错，但是不能确定差错的具体位置，即不能纠错。

课程内容纠错能力：只能发现单个或奇数个错误，而不能检测出偶数个错误。被用于以随机错误为主的计算机通信系统。此方法难于对付突发错。2．垂直奇偶校验码（1）基本原理垂直奇偶校验是在b7位表示字符的数据位后再附加第b8位校验位，下表以ASCII码的数字0～9为例说明垂直奇偶校验的编码。接收端根据收到的b1～b7重新计算奇偶校验码元，将此与收到的b8相比较。如相同则无错，否则存在错误。（2）纠错能力垂直奇偶校验编码，无论是采用偶校验还是奇校验，将检出全部奇数个差错，而出现的全部偶数个差错均不能发现。课程内容课程内容课程内容

3．水平奇偶校验码（1）基本原理将要进行奇偶校验的码元序列按行排成方阵，每行为一组奇偶校验码（见下表），但发送时则按列的顺序传输，接收端仍将码元排成发送时的方阵形式，然后按行进行奇偶校验。（2）纠错能力可发现某一行上所有奇数个错误及所有长度≤方阵中行数的突发错。课程内容

这种编码方法的优点是突发连续错误被分散到每行，当收端按行监督检验时，可检测出有错；但是由于该编解码在检错过程中需要对所有数据进行重组，所以需要的缓存空间较大，并且在数据的处理方面延时增大。课程内容4．二维奇偶校验码（1）基本原理二维奇偶校验码又称行列校验码或方阵码。其方法是水平监督的基础上对上表方阵中每一列再进行奇偶校验，就可得到下面表所示的方阵。发送是按列序顺次传输。课程内容（2）纠错能力①能发现某行或某列上的奇数个错误和长度不大于行数（或列数）的突发错误。②有可能检测出偶数个错码。因为如果每行的监督位不能在本行检出偶数个错误时，则在列的方向上有可能检出。当然，在偶数个错误恰好分布在矩阵的4个顶点时，这样的偶数个错误检测不出来。③可以纠正一些错误。例如，当某行某列均不满足监督关系而判定该行该列交叉位置的码元有错，从而纠正这一位上的错误。④检错能力强，又有一定纠错能力，且实现容易得到广泛应用。

课程内容二、恒比码

码字中1的数目与0的数目保持恒定比例的码称为恒比码。由于恒比码中，每个码组均含有相同数目的1和0，因此恒比码又称等重码，定1码。这种码在检测时，只要计算接收码元中1的个数是否与规定的相同，就可判断有无错误。三、汉明码

汉明码是一种能够纠正一位错码且编码效率较高的线性分组码。课程内容四、循环码1．循环码的特性①循环性：

循环码中任一许用码组经过循环移位（将最右端的码元移至左端，或相反）所得到的码组仍为该码集中的一许用码组。表4-2-6可以直观看出这种码组的循环性。②封闭性：一个码集中的任何两个码组相加后所得到的新的码组仍是该码集中的一个码组。课程内容【思考与练习】1．何为奇偶效验码？它有几种方式，各有什么特点？

2．简述线性分组码的检错机理。3．在数据传输过程中，若接收方收到发送方送来的信息为10110011010，生成多项式为G（x）=x4+x3+1,接收方收到的数据是否正确？（请写出判断依据及推演过程）电力通信技术---4.通信电源典型设计1.典型设计：一般要求变电站可根据通信设备负荷情况设置通信专用直流电源系统或直流电源变换器（DC/DC变换器）。考虑到产品现状和实际运行经验，当变电站通信设备负荷电流超过60A（-48V）时，为减少对站内直流系统的影响，应设置通信专用直流电源系统。凡一、二、三级主干通信电路经过的站点，涉及黑启动和应对特殊自然灾害保电方案的站点应设置通信专用直流电源系统。根据各类变电站通信设备功耗预测普遍增加以及OTN传输设备和站用直流系统情况，分类配置变电站通信电源。500kV变电站、市/县公司调度大楼应装设通信专用直流电源系统。220kV及以下变电站一般不设通信专用直流电源系统，通信用直流电源由直流电源变换器（DC/DC或DC&AC/DC变换器）供给，但也需增加容量配置。1.典型设计：一般要求通信专用直流电源系统事故放电时间应不小于4小时。使用直流电源变换器（DC/DC变换器）提供通信供电电源时，事故放电时间一般应不小于2小时。当具备两段交流母线时，通信直流电源系统两路交流输入应从不同变压器出线的交流母线取电。1.典型设计：一般要求2.典型设计：配置表3.典型设计：300A电源系统典型配置4.典型设计-300A电源屏框图5.典型设计-配置和接线方式6.典型设计-配置和接线方式上级开关>1.6倍下级开关本级开关>1.5倍负载电流电池熔丝>5.5I107.典型设计-电源监控8.典型设计-主要技术参数输入电压：AC380V（-15%～+10%）输入频率：50Hz±5%输出电压：DC-48V输出电压调节范围:-（43.2～57.6）V稳压精度:≤±0.5%均流度:≤±5%功率因素:>0.99转换效率:>90%纹波系数:≤±0.5%峰-峰值杂音电压:≤200mV电话衡重杂音电压:≤2mV环境噪声:<55dB温度系数:<0.02%/℃（相对25℃）MTBF:>50000h9.电源容量配置-容量计算典型设计建议：容量>负载容量+电池容量*20%【行业经验值】由以上标准计算并考虑到冗余等因素，可以得出快速经验算法，即容量=负载电流*310.电池组配置-容量计算电池放电小时数/H12346810≥20电池放电终止电压/V1.751.801.801.801.801.801.801.80≥1.85放电容量系数0.550.450.610.750.790.880.941.001.00Q蓄电池容量（Ah）K安全系数，取1.25I预期负载电流{I预期负载=I负载电流/（1-γ）}T放电小时数η新电池放电容量系数（见下表示例）α电池温度系统数（1/℃）。放电小时率大于1h小于10h，取值0.008；当放电小时率小于1h，取值0.01t所在地最低环境温度，有采暖设施取15，否则取511.电池组配置-举例【行业经验值】由以上计算并考虑到电池制造质量因素，可以得出快速经验算法，即容量=负载电流*小时*1.5容量计算示例：xx变电站中，100A的负载在断电时想支撑4小时