电力系统调度自动化6章节数据通信系统.ppt

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1、第六章 数据通信系统,齐郑 教5B区102 80798596,North China Electric Power University,page2,2019/4/3,数据如何而来?,North China Electric Power University,page3,2019/4/3,数据传输的基本问题,收发如何同步?,如何保证数据信息正确?,存在干扰差错时,如何校验和控制?,如何提高信道效率,实现多路复用?,North China Electric Power University,page4,2019/4/3,通信系统基础,模拟消息:状态连续变化的消息,如强弱变化的语音 数字消息:消息

2、状态量是离散的,如文字 信号是消息的一种载体： 模拟信号:表达消息的信号对应的表征量是取连续值 数字信号:表达消息的信号对应的表征量是取离散值 模拟通信系统:传递模拟信号的通信系统 数字通信系统:传递数字信号的通信系统,North China Electric Power University,page5,2019/4/3,数字通信系统模型,信道译码器：将二进制信号恢复到模拟信号,信源编码器: 将信息源送出的模拟信号和数字信号转换为符合要求的数码系列,信道编码器: 给数码系列按一定规则加入监督码（校验码）,调制解调器：信道编码器出来的是二进制脉冲信号信道高频信号,信道：信号远距离传输的载体，如

3、：电缆、架空线、光纤、微波空间等,信源译码器：信道编码器的逆过程，除去监督码获得发送侧的二进制数字序列,North China Electric Power University,page6,2019/4/3,波特率与比特率,波特率(Bd, Baud)：每秒传送的码元数,适用于所有码制，是消息传递速率,比特率(Bit)：每秒传送的信息量，是信息传递速率,信息量I的定义：I=loga(1/P),P是消息所表示的事件出现的概率,一般a=2.,N元码制：每一个消息所表示的事件可能有N种不同的状态，P=1/N. I=log2N,2元码制：P=1/2. I=log22=1,所以信息速率和码元速率数值上相

4、等,码元：数据通信中,传送的是一个个离散脉冲信号,故把每个信号脉 冲称为一码元。 码制：每一码元能代表几种状态，称几元码制 误码率：数据经传输后,发生错误的码元数与总传输码元数之比,数字式远动信息的传输过程,遥测编码器,交流采样,遥信编码器,开关量,信道编码器,并串变换,调制器,信道,解调器,串并变换,译码器,计算机,干扰,遥控执行,遥调执行,译码器,串并变换,解制器,信道,调制器,并串变换,编码器,遥控遥调,干扰,RTU,前置机,North China Electric Power University,page8,2019/4/3,通信工作方式,发端,信道,收端,单工：单方向传输,发端,信

5、道,半双工：可不同时上下行双向传输,收端,收端,发端,发端,信道,双工：可同时上下行双向传输,收端,收端,发端,信道,North China Electric Power University,page9,2019/4/3,串/并-转换原理,发送缓冲区,发送数据,接收缓冲区,接收数据,发送时钟,接收时钟,1 1,1 1,1,0,0 0,1 1,1 1,1,0,0 0,发送数据,发送时钟,接收时钟,接收数据,串-并转换移位寄存器,并-串转换移位寄存器,North China Electric Power University,page10,2019/4/3,数码传输的同步,. . . 1,0,起

6、始位,奇偶校验,P,1,1,1,1,停止位,7位数据,第n位字符,起始位,0,第n+1位字符,空闲位,实质上是在传送一个字符的时间内收发两端保持同步，其他时间可以是异步。效率低,异步传输方式传送一个8位字符,异步传输方式（起止同步）,North China Electric Power University,page11,2019/4/3,数码传输的同步,数据,时钟,起始位,8,16,16,16,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,起始位,数据,时钟,异步数据接收原理,接收时钟频率太高,正确接收的条件：在整个数据单元中，时钟累积误差不超过半个码元长度,North China Ele

7、ctric Power University,page12,2019/4/3,数码传输的同步,同步通信的特点是收发端的时钟严格一致，使得接收时钟与接收码元间无误差积累问题，可以省略附加码元，提高传输效率。,North China Electric Power University,page13,2019/4/3,数码传输的同步,位同步,滤波法,远动中采用单极性不归0信号。接收到的信号首先经过放大限幅环节形成数字方波，然后经微分、整流环节形成尖脉冲信号，由窄带滤波器提取基频信号，最后经移相电路产生位同步脉冲。电路简单，但当信号中有连续的0或1时，由于码元波形无变化，可能造成位同步中断。,锁相法,

8、在接收端利用鉴相器，比较接收到的码元与本地产生的位同步的相位。若二者不一致，则鉴相器产生一个调制脉冲去调制本地位同步信号的相位，直到与接收码元的相位一致为止。,North China Electric Power University,page14,2019/4/3,帧同步,数码传输的同步,收发两端始终保持同步。在无信息传送时，通道上仍需连续传送同步码（3个EB90）,North China Electric Power University,page15,2019/4/3,远动通信配置的基本类型,North China Electric Power University,page16,201

9、9/4/3,电力系统传输信道,North China Electric Power University,page17,2019/4/3,电力系统传输信道,电力线载波是远动与载波电话复用信道。通常规定载波电话占用0.32.5kHz的音频段，远动信号占用2.73.4kHz的上音频段。,电力载波通信,North China Electric Power University,page18,2019/4/3,电力系统传输信道,光纤信道,North China Electric Power University,page19,2019/4/3,电力系统传输信道,微波信道机,中继机,微波信道机,微波信道

10、机,载波终端机,微波信道机,载波终端机,微波通信,微波通信,我国采用20GHz作为电力系统的主干线，8GHz作为分支频段。,North China Electric Power University,page20,2019/4/3,电力系统传输信道,卫星通信 卫星通道的频段为上行59256425MHz，下行为37004200MHz。,散射通信 通信距离长，可达200300km，可跨越山地，但是需要经过其他通信方式转接到调度中心。该方式适合地域广大的山区。,短波通信 检修通信的良好方式。它比较适合传输话音信号,North China Electric Power University,page2

11、1,2019/4/3,多路复用技术,使远动系统在一个信道上传输多路信号的技术叫多路复用技术。,频分多路制 把各路信号安排在不同互不重叠的频段内，在一个信道上传输称为频分多路调制(Frequency Division Multiplexer)。,时分多路制 时分多路是在一个信道上按时间顺序传输多路信号。这时各路信号应是离散的脉冲信号。,North China Electric Power University,page22,2019/4/3,调制和解调,基带传输 直接传输基带信号称为基带传输,调制 远距离传输不能直接传输基带数据，需要使用频带较窄的正弦波作为载波，用基带信号对载波的某些参量进行控

12、制，使这些参量随基带信号变化，该过程称为调制。,基带信号 数据终端设备送出的原始数据信号一般是频率很低的信号，其能量或功率集中在0频率附近，并具有一定的频率范围，这样的信号称为基带信号。,North China Electric Power University,page23,2019/4/3,调制和解调,一、移幅键控ASK( Amplitude Shift Keying),Sc(t),G(t),S (t),乘法器,带通滤波器,S (t),G(t),Sc(t)=Umsinwct,二进制信息通过调制加到交流高频信号上再传输 接收端将含有信息的交流信号解调，还原信息,North China Ele

13、ctric Power University,page24,2019/4/3,二、移频键控FSK( Frequency Shift Keying),调制和解调,G(t),S(t),f1,f2,f1,S1(t),S2(t),f1,f2,控制门1,控制门2,反相器,G(t),相加器,FSK信号,North China Electric Power University,page25,2019/4/3,三、调相键控PSK( Phase Shift Keying),调制和解调,G(t),S(t),PSK,DPSK,0,1,0,1,1,（1）绝对移相键控,（2）相对移相键控,North China El

14、ectric Power University,page26,2019/4/3,数据传输的差错控制技术,North China Electric Power University,page27,2019/4/3,数据传输的差错控制技术,抗干扰编码,可检测和不可辨识： 00开； 11合,可检测和可辨识： 000开；111合,不可检测和辨识： 0开； 1合,多种编码方法,North China Electric Power University,page28,2019/4/3,常用检错码,1、奇偶校验：奇偶指码组中“1”的个数是奇数还是偶数 1011001（1） 1011001（0） 2、水平一致

15、校验： 3、水平垂直一致校验：,North China Electric Power University,page29,2019/4/3,线性分组码,分组码中，码字中1的个数称为码重。 同一分组码中任意2个码字对应位上数字符号不同的位数称为码距。 一个分组码中码字之间的最小距离叫做最小码距dmin。,1000000 0011101 0111010 1001110,5,7,4,5,4,5,分组码 分组码是对长度为k的信息组，按一定的规则增加r位监督位，组成长度为nkr的序列，记做(n, k)码。,North China Electric Power University,page30,2019

16、/4/3,线性分组码,若dminl1，这种码能检出l个差错：ldmin1 若dmint1，这种码能纠正t个差错：,最大似然译码原则：若接收到禁用码，就将它与各许用码比，与之码距最小的就是其出错前的码字,纠错原理,North China Electric Power University,page31,2019/4/3,线性分组码,信息组 校验位 码字 000 0000 0000000 001 1101 0011101 010 0111 0100111 011 1010 0111010 100 1110 1001110 101 0011 1010011 110 1001 1101001 111

17、0100 1110100,线性分组码,(n,k)码组(码字):n=k+r,k信息码长度,r监督码长度. 监督码由一组线性方程式算出,信息码和监督码的关系成线性关系 例子:(7,3)分组码的7位用C6,C5,C4,C3,C2,C1,C0表示. 校验码C4,C3,C2,C1,C0的计算公式: C3=1*C6+0*C5+1*C4 C2=1*C6+1*C5+1*C4 C2=1*1+1*0+1*1=0 C1=1*C6+1*C5+0*C4 C0=0*C6+1*C5+1*C4,North China Electric Power University,page32,2019/4/3,循环码,例： M=(10

18、1) (1)M(x)=1*X2+0*X1+1*X0=X2+1 (2)M(X)*Xr=(X2+1) X4 =X6+X4 (3)G(X)是Xn+1= X7+1的一个多项式为4阶： X7+1=(X+1)(X3+X+1)(X3+X2+1) G(X)=(X+1)(X3+X+1)= X4+X3+X2+1或(X+1) (X3+X2+1)= X4+X2+X+1 (4)R(X)=(M(X)*Xr)%G(X)= 1*X3+1*X2+0*X1+0*X0 (5)F(X)=(101,1100),(1)信息多项式:M(X)=A1Xk-1+A2Xk-2+Ak-1X1+AkX0 (2)求(n,k)循环码的生成多项式G(X)。

19、G(X)由式Xn+1进行因式分解得出。 G(X)为r=n-k阶多项式。 (3)M(X)*Xr/G(X)的余式为R(X)，由R(X)可得校验位 (4)F(X)=M(X) *Xr+R(X)可得发送码字。,循环码是线性分组码的一种。任一循环码字循环一位仍为循环码的一码字 循环码的校验位计算方法:(n,k)循环码的信息组k位,校验位有r=n-k位:,North China Electric Power University,page33,2019/4/3,ISO 参考模型,传输介质,应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层,应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层,

20、网络层 数据链路层 物理层,通信协议,North China Electric Power University,page34,2019/4/3,物理层- RS232C(串口通信),机械特性 采用DB25连接器。一般DTE采用25针结构，DCE采用25孔结构。,电气特性 a、对电压源的要求：当电阻在3k7 k之间时，输出电压为（5V15V）之间。电源输出阻抗应大于300。 b、对终端的要求：终端负载的输入阻抗在3k7 k之间。 c、对逻辑电平的规定：采用负逻辑。数据0及控制线的接通状态为5V15V，数字1及控制线的断开状态为5V15V。噪声容限(35V)。 d、接口信息速率：20kbps e、

21、最大传输距离：15m f、采用非平衡接口电路。使用2根地线：1根是机壳地，1根是信号地。标准要求2根地线相互独立，相互间应具有100的绝缘阻抗。,North China Electric Power University,page35,2019/4/3,串行通信,串行通信的物理实现 一般的串行通信端口 （RS232）：9针 DB9,1：数据载波检测（DCD） 2：接收（RXD） 3：发送（TXD） 4：数据终端准备（DTR） 5：地 （GND） 6：数据设备准备好（DSR） 7：请求发送（RTS） 8：清除发送（CTS） 9：振铃指示（DELL）,North China Electric Po

22、wer University,page36,2019/4/3,串行通信,8：数据载波检测（DCD） 3：接收（RXD） 2：发送（TXD） 20：数据终端准备（DTR） 7：地 （GND） 6：数据设备准备好（DSR） 4：请求发送（RTS） 5：清除发送（CTS） 22：振铃指示（DELL）,25针串口 DB25,North China Electric Power University,page37,2019/4/3,串行通信,串口线连接三线法,DB25DB25,DB9DB9,DB9DB25,严禁带电拔插头，至少一端断开,North China Electric Power Univers

23、ity,page38,2019/4/3,远动通讯规约,CDT(Cyclic Digital Transmit)：循环数字传送方式 以厂站为主动方，循环不断地向调度端发送遥信、遥测、变位等数据。 要求发送端与接收端始终保持严格同步，信息按照预先约定好的顺序依次循环发送。,Polling：问答式 主站掌握通信的主动权，子站按主站的要求发送数据,IEC101, IEC102, IEC103：分布式网络协议,North China Electric Power University,page39,2019/4/3,（1）循环式远动通信协议,同步字,控制字,信息字1,信息字n,同步字,同步字：3组EB9

24、0H码，48位 控制字：说明本帧的类别、信息字节的长度、传送的源地址、目的地址等。 信息字携带具体的远动数据。帧中可以没有信息字。 每种字都是6个字节48位,CDT( Cyclic Digital Transmit),时钟严格同步,North China Electric Power University,page40,2019/4/3,（2）循环式远动通信协议,控制字节,校验码,帧类别,帧长,源站地址,目的地址,控制字帧结构,E,L,控制字节,S,D,0,0,1,0,E：扩展位,E=0是本协议定义的帧类别，E=1帧类别可以另外定义 L：帧长定义，L=1表示有信息字； 上行信息： S=1:源站

25、地址有内容，源站地址代表子站号；D=1：目的站代表主站号 下行信息： S=1:源站地址有内容，源站地址代表主站号；D=1：目的站代表子站号 D=0:代表广播令 校验码： CRC校验根据前40位生成后8位，生成多项式：G(X)=X8+X2+X+1,控制字内容,North China Electric Power University,page41,2019/4/3,（3）循环式远动通信协议,代 码,上行 E=0,下行 E=0,61H,重要遥测(A帧),遥控选择,C2H,次要遥测(B帧),遥控执行,B3H,一般遥测(C帧),遥控撤销,F4H,遥信状态(D1帧),升降选择,85H,电能脉冲计数值(D

26、2帧),升降选择,26H,事件顺序纪录(E帧),升降撤销,帧类别码定义,57H,设定命令,7AH,设置时钟,0BH,设置时钟校正值,4CH,召唤子站时钟,3DH,复归命令,9EH,广播命令,North China Electric Power University,page42,2019/4/3,（4）循环式远动通信协议,功能码,校验码,信息数据,b7,b0,信息字通用格式,以遥测字为例：,遥测i,遥测i+1,每一遥测信息字包含2个遥测字 一个遥测字占用2个字节，12位。 其中 b11是符号位， b15表示数据无效， b14表示数据溢出。,North China Electric Power

27、University,page43,2019/4/3,（4）循环式远动通信协议,(1)固定循环传送,(2)帧插入传送,(3)信息字随机插入传送 对于传送对时的子站时钟返校信息、变位信息、遥控、升降命令返校信息，采用随机插入传送。变位、遥控、升降的返校应连续传3遍，且必须在同一帧内、不许跨帧，若本帧不够，就改到下一帧。子站时钟返校只传一遍。,帧的传送方式,North China Electric Power University,page44,2019/4/3,问答式远动规约,报文格式,主站子站,子站主站,RTU地址：目的站地址。FFH作为广播地址 报文类型说明报文的内容、类型。,E：1表示有事

28、件记录 0无事件记录 R：1表示自检出错 0表示工作正常 对重要报文采用16位校验码，一般报文采用8位校验码，确认报文与否认报文不带校验码。,North China Electric Power University,page45,2019/4/3,问答式远动规约,主站功能,North China Electric Power University,page46,2019/4/3,问答式远动规约,主站功能,North China Electric Power University,page47,2019/4/3,问答式远动规约,子站功能,North China Electric Power U

29、niversity,page48,2019/4/3,问答式远动规约,(1)子站上电后收到主站报文，发送(电源合闸) (2)主站发送(电源合闸确认)应答，主站回复ACK (3)主站发送设置时钟，扫描周期，死区范围，滤波系数，设置模块工作方式与参数等报文为子站建立工作方式 (4)主站发送启动RTU扫描和启动I/O模块扫描启动子站扫描 (5)主站发送类别询问查询数据，子站以回答类别询问应答。若数据无变化，以ACK应答。 (6)若有时标量出现，主站发送召唤事件记录，子站以时标出现报文应答。 (7)主站可发送数据传送要求刷新数据，子站以回答数据召唤应答。,通信过程,North China Electric Power University,page49,2019/4/3,遥控的一般过程,遥控命令,遥控令返校,遥控令执行（撤销）,执行,主站,子站,遥控命令传输过程,North China Electric Power University,page50,2019/4/3,调度实时网中的主要的国际标准,North China Electric Power University,page51,2019/4/3,电力数据通信网络业务关系,