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第1讲 电力系统通信概述_图文

电力系统通信与网络技术

第一讲

概 论

主讲人

钟西炎

引言
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电力系统通信是是电网实现调度自动化和 管理现代化的基础。 电力系统通信方式包括了几乎所有现有的 通信手段和种类.此外,计算机网络技术也为调 度自动化技术的发展提供了广阔的发展空间。 要想学习电力系统通信与网络技术,就必 须首先建立通信技术和网络的整体概念,对通 信技术的体系框架有一个全面系统地认识,对 各种通信技术的概念、原理、系统构成和技术 发展有较全面的理解和掌握。

第 1章

概论

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

1.1 通信技术的发展
1.1.1
1.1.2

通信的发展历史
通信系统的分类与构成

1.1.3
1.1.4

通信信道与噪声
通信系统的质量指标

1.1.1 通信发展的历史
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通信的定义 通信就是双方或多方信息的传递与 交流。 通信所需传递的信息可以有不同的 形式,如语言、文字、图像、数据等。

通信的发展历史
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从远古的烽火通信到今天的计算机通 信网络。 通信发展的历史也是人类社会文明发 展的历史,通信的发展推动了人类的文 明与进步。 真正革命是从电信开始的。

具有代表意义的事件有:
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1837年摩尔斯发明有线电报; 载波通信的出现; 电视使传输和交流信息从单一的声音发展到实时图像; 计算机被认为是20世纪最伟大的发明; 光纤通信,光导纤维的发明,为人们提供了一种全新 的通信介质; 卫星通信将人类引入了太空通信时代; 蜂窝移动通信则为人们提供了灵活、便捷的通信方式; 计算机网络的出现意味着信息时代的到来。

通信的理论
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调制理论 信号和噪声理论 信号检测理论 信息论和纠错编码理论 尤其是脉冲编码技术(PCM)的出现, 开辟了数字通信的广阔领域。

1.1.2

通信系统的分类与构成

一、通信系统的模型
二、通信系统的分类

三、模拟通信系统
四、数字通信系统

五、数据通信系统

一、通信系统的模型:

信源

发送设备

信道

接收设备

信宿

发送端
噪声源

接收端

发送设备常常又可分为信源编码与信道编码。 信宿是传输信息的归宿点, 接收设备的作用与发送设备的作用相反, 信道是指传输信息的通道。信道可以是明线、 信源是指原始的信息源,信源的信号通常不 噪声源不是人为加入的设备,而是通信系统 即接收消息的人或 即进

通信系统的模型

电缆、光纤、波导、无线电波等等。 中各种设备以及信道中所固有的。 机器。 适于直接在信道上传输。 行解调、译码、解码等。

二、通信系统的分类
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按通信业务分类: 分为话音通信和非话音通信。 按调制方式分类:根据采用调制与否,为基带传输和频带 (调制)传输。 按传输媒质分类:分为有线通信系统和无线通信系统两大 类。 按通信设备的工作频率不同:分为长波通信、中波通信、 短波通信、远红外线通信等。 按信号复用方式分类,频分复用、时分复用和码分复用。 按信号特征分类:根据信道中所传输的电信号分成模拟通 信系统和数字通信系统两大类。 按信号外在表现的特征:分为模拟信号和数字信号两大类。

三、模拟通信系统
已调信号 信源 调制器 信道 解调器 信宿

发送端 基带信号 噪声源

接收端

调制器和解调器:把基带信号变换成其频带适合在

信道中传输的信号,并可在接收端进行反变换。

模拟通信系统的模型

四、 数字通信系统
纠错、检错

PCM、?M

ASK、FSK、 PSK 数字通信系统模型

发送设备包括信源编码、信道编码和数字调制三

部分。

数字通信的特点
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抗干扰能力强;

差错可控,可以采用信道编码技术使误码率降 低,提高传输的可靠性;
易于与各种数字终端接口,用现代计算机技术 对信号进行处理、加工、变换、存储,从而形 成智能网; 易于集成化, 从而使通信设备微型化;易于 加密处理,且保密性好。 其许多优点都是用比模拟通信占据更宽的系统 频带为代价而换取的。

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五、 数据通信系统
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数据通信是在计算机与计算机之间实现的通信。 现代数据通信系统,一般由数据传输系统和数 据处理系统两部分组成。 研究数据通信系统包括两方面内容:一方面研 究信道的组成、连接、控制及其使用; 另一 方面研究信号如何在信道上传输和控制。

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数据通信系统都是由数据终端设备(DTE)、 数据电路和计算机系统三部分组成的。

数据通信的模型
DTE 数据 传输 输入 控制 输出 器 设备 DCE 数据 电路 终接 设备 DCE 数据 电路 终接 设备 DTE

信道

通信 计算 控制 机系 器 统

数据电路 数据链路

数据通信系统模型 数据通信就是数据处理与数据传输。

三大通信系统的比较
信道 信源 模拟通信 信宿

信道
信源 数字通信 信道 信源 数据通信 信宿 信宿

三种通信系统通信方式示意图 数据通信在功能上可以认为是数字通信的 延伸或分支。

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 模拟调制传输系统
通信系统 数字基带传输系统 数字通信系统 数字调制传输系统

1.1.3
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通信信道与噪声

信道的定义与分类
通信噪声的定义与分类

信道的容量

一、信道的定义和分类
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信道:信号的传输途径。 分类: 狭义信道:信号的传输介质 广义信道:传输介质和信号必须经过的 各种通信设备,可以分为调制信道、编 码信道等。

狭义信道
狭义信道分为:有线信道和无线信道两类。 ? 有线信道包括:双绞线、同轴电缆、架空明线、 多芯电缆和光纤等可以看得见的、有形的传输 介质。 ? 无线信道由无线电波和光波作为传输载体。无 线电波的传播方式主要包括地面波传播、天波 传播、地-电离层波导传播、视距传播、散射传 播、外大气层及行星际空间电波传播等几种。 ? 狭义信道是广义信道的重要组成部分。

外部绝缘体

内部导体

内部绝缘体

铝制编织导体(屏蔽) (a) 一段同轴电缆 (b) 一段与连接器相连的同轴电缆

屏蔽箔

屏蔽双绞线

外套

绝缘

包层 纤维芯

非屏蔽双绞线

通信卫星

电离层

地—电离层 波导传播

电离层

天波传播

地球 外大气层及行星 际空间电波传播 (a)

地球

视距传播 对流层散射传播 电离层散射传播 (b)

噪声的定义与分类
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定义: 通信系统中不携带有用信息的信号 就是噪声。

噪声的分类
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据其来源的不同 人为噪声:人类活动中产生的噪声 自然噪声:自然界的各种电磁干扰 内部噪声:设备内部元器件 据噪声性质 单频噪声 :50Hz工频噪声 脉冲噪声:电火花 起伏噪声:热噪声

信道的容量
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信道的容量是指:单位时间内信道上所能传送 的最大信息量,即信道中信息无差错传输的最 大速率。
香农公式:(连续信道的信道容量)

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S C = B log2 (1+ )(bit / s) N
B为信道带宽(Hz),S为信道功率(W),N 为噪声功率(W)。

练习题
已知模拟话路信道的带宽为4kHz, 接收端 的信噪比S/N是40dB,求此信道的最大容量。

S C = B log 2 (1 + )( bit / s) N
S 10 lg = 40 N
4

S / N = 10

4

C = 4 log2 (1 +10 ) = 39.87kbit / s

1.1.4通信系统的质量指标
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模拟通信系统的质量指标
数字通信系统的质量指标

质量指标
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有效性是指在给定信道内所传输的信息 内容的多少,或是传输的“速度”问题。 可靠性是指接收信息的准确程度,也就 是传输的“质量”问题 有效性和可靠性通常是相互矛盾的,在 实际系统中,提高可靠性往往是以牺牲 有效性作为代价来换取的,反之亦然。

一、模拟通信系统的质量指标
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有效性的质量指标:传输带宽,传输带 宽越大,可传输信号速率就越高。 可靠性:接收终端输出信噪比(S/N)来衡 量(即信号平均功率与噪声平均功率之 比)。信噪比越大,表示通信质量越高。

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二、数字通信系统的质量指标
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有效性: 传输速率。 码元传输速率 比特传输速率 可靠性: 误码率来衡量。

码元速率RB和信息传输速率Rb
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码元速率RB:单位时间传输的码元数, 单位波特,记Bd。
比特传输率Rb:单位时间传输的信息量 定义为,单位为bit/s。 RB与Rb关系为: Rb= RB * log2N (bit/s)
N代表码元的进制数

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误码率Pe
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误码率
在一定时间内接收端指示的错误码 元的数目和这段时间内总的码元数之 比。

单位时间内接收的错误 码元数 Pe = 单位时间内系统传输的 总码元数

1.2 计算机通信与网络
1.2.1 1.2.2 1.2.3 基本模型 计算机通信技术的应用 标准化组织

计算机与通信的结合
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通信网络为计算机之间的数据传递 提供了必要的手段;

?

计算机技术的发展渗透到通信技术 中,又提高了通信网络的性能。

1.2.1

基本模型

一、定义 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 算机系统称为计算机通信网。

二、组成
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计算机通信网由资源子网和通信子网组成 通信子网: 点对点通信子网:从信源端发出的信息经过 多个交换节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。

计算机网络的组成
卫星信道 通信子网 用户线 主机 交换机 中继线 交换机 T

主机 T 用户资源子网

LAN

接入设备

用户

用户



用户



三、分类
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计算机网络从覆盖区域来分:局域网LAN (10~1000米)、 城域网MAN (几十公里)、广域网WAN (几百公里)、 Internet 网(几千公里) 按网络所有权来分:公用网、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 状形网及混合形网等。 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、局域网等。 按网络集成规模分:工作组网、部门级网、企业级网、超 企业级网、全球网等。 按网络控制方式分,有集中式控制网络和分布式控制网络。

四、计算机通信的特点
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以数据通信为主 需要具备灵活的通信接口 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

1.2.2 计算机通信技术的应用
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计算机通信技术已经渗透到人们生活、 工作、学习的各个角落,几乎无所不在。 如:军事自动化指挥控制系统,铁路运 输指挥控制系统,电力网控制系统,城 市交通管制系统,气象预报及灾情控制 及预报系统,电子银行,网上购物,在 线新闻阅读,图书资料检索,电子邮件, 虚拟会议等。

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1.2.3 标准化组织
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计算机网络技术中的标准:法定标准和事实标准。 目前国际上制定通信与计算机网络标准的几个权威组织是: ISO(International Standards Organization):国际标准化组织。 CCITT(International Telephone and Telegraph Consultative Committee):国际电话与电报咨询委员会(现已改名为ITU, International Telecommunications Union,国际电信联盟)。 EIA(Electronic Industries Association):美国电子工业协会。 IEEE(Institute of Electric and Electronic Engineer):电气与电子 工程师学会。

ANSI(American National Standard Institute):美国国家标准协会。

体系结构模型
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ISO/OSI七层模型:是从网络理论出发设计出 来的标准,层次比较清晰,功能分明,是人们 讨论网络问题的基本参照系。 TCP/IP协议簇:是Internet(因特网)的协议标准, 经过长期的实践发展起来的。 局域网标准集IEEE802.x:集合了各种局域网络 技术,是标准化程度最为规范和成熟的一套协 议。

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1.3 我国电力系统通信的现状 及发展战略
1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 电力系统通信的主要内容 电力系统通信网的结构 电力系统的通信方式 我国电力系统的发展战略

概述
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电力系统通信是现代电力系统的重要组 成部分。电力系统通信网是为了保证电 力系统的安全稳定运行而配置的。它同 电力系统的安全稳定控制系统、调度自 动化系统被人们合称为电力系统安全稳 定运行的三大支柱。

发展现状
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世界上大多数国家的电力公司都以自建 为主的方式建立了电力系统专用通信网。 我国的电力通信网经过几十年的建设, 已经初具规模,通过卫星、微波、载波、 光缆等多种通信手段构建而成了一个以 北京为中心覆盖全国30个省(市、区) 的立体交叉通信网。

1.3.1 电力系统通信的主要内 容
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按其业务划分为:关键运行业务和事务 管理业务两大类。 关键运行业务:远动信号、数据采集与 监控系统、能量管理系统、继电保护信 号和调度电话。 事务管理业务:行政电话、会议电话和 会议电视、管理信息数据等。

1.3.2 电力系统通信网的结构
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以网局(或省局)调度为通信中心,主 要发电厂、变电站为通信枢纽的分层多 级结构。
网局

变电站

省局

发电厂

变电站

地区局
电力通信网络体系

发电厂

主要特点有:
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要求通信有较高的可靠性和灵活性; 网络结构较复杂,信息种类多,且实时 性要求高; 通信范围点多面广; 无人值守机房多。

1.3.3 电力系统的通信方式
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从较为单一的通信电缆和电力线载波通 信手段到包含光纤、数字微波、卫星等 多种通信手段并用 从局部点线通信到覆盖全国的干线通信 网合一程控交换为主的全国电话网、移 动电话网、数字数据网 从窄带业务到多种数据业务

作业
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补充作业: 已知模拟话路信道的带宽为4kHz, 接 收端的信噪比S/N是18dB,求此信道的 最大容量。


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