电力系统远动_远动系统数据传输与通信网络结构(第1-3讲)

光的调制方式根据数字信号进行，多采用脉冲编码调制。 双、单极性转换处理：将便于电信号处理的双极性脉冲变为便于 光纤传输的单极性脉冲。 码制变换：适于电信号传输的码型转换为适于光信号传输的码型 光电转换元件：发光元件为激光二极管LD和发光二极管LED。

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2. 模拟式光端机
根据光的调制方式，分两类： ¾ 直接调制方式：光强度的调制与输入的模拟信号成 比例。 ¾ 预调制方式：将输入的模拟信号转换为电信号，再 进行光的有无的双值光强度调制。
¾ 接收电平：接收端根据传输方式的不同及接收端通 信设备本身的性能，对接收电平的限制 不同。如对FSK的音频实回线，要求 接收电平大于-25 dBm。
四、接收端设备与信道的连接
¾ 频带的选择 ¾ 阻抗的匹配 ¾ 电平的匹配
远动系统数据传输 与通信网络结构
第一讲 概述 第二讲 通信信道及数据传输系统 第三讲 调制与解调 第四讲 计算机网络基础 第五讲 数据通信方式 第六讲 调度端及RTU的网络结构
3、按传输媒质不同
¾ 有线：以有形的线路为传输媒质。如对称电缆、同轴电 缆、架空明线、光纤。
¾ 无线：以自由空间为传输媒质。微波、卫星通信等。
4、按信息传送方向与时间关系
¾ 单工信道：只能一个方向传送，任何时间不能改变。 ¾ 半双工信道：可以双向传输，交替进行，不能同时进行。 ¾ 全双工信道：可同时进行双向传输。
数字信号
键控调幅
u(t) = ⎩⎨⎧U0 m cosωt
键控调频
u(t
)
=
⎩⎨⎧UU
m m
cos cos
2πf1t 2πf2t
相对调相
绝对调相
u
(t
)
=
⎩⎨⎧UU
m m
cos(ωt cos(ωt
+ +
0) π)
用前后相邻两个波形的 相位变化值△ф代表
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三、幅移键控（ASK）
性质：最简单的线性调制。 线性调制：信号在调制过程中只进行某种线性变换而 不经过非线性处理，在调制、解调过程中，调制信号 的频谱在频率轴上被搬来搬去，但其中所有成分的相 对关系总是保持不变。
波速：考察 Uϕ (x,t) 中相位为一定值 ϕ1 的点 t时刻x点处，Uϕ ( x, t) 的相位为 ϕ1 ，即 ωt − αx + ϕ = ϕ1 t+Δt 时刻，相位 ϕ1 移动到x+Δx处，
即
ωt − αx + ϕ = ω(t + Δt) − α ( x + Δx) + ϕ = ϕ1
从而有
Δx = ω Δt α
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一、音频线路 1.由音频线路构成的数据传输系统
2.通信线的传输特性
音频（300~3400Hz）线路：架空明线、对称电缆
（1） 首端加上频率为ω的正弦交流电压，稳定 后，线路上任意一点X处的电压为：
Ux
=
1 2
(U&1 +
I&1Zc )e−rx
+
1 2
(U&1 −
I&1Zc )erx
（2） 线路的特性阻抗(波阻抗)
ASK调制：利用调制信息的数字信号键控一个连续的 载波，使载波时断时续，有载波振荡时发送“1”的信 息，无载波时发送“0”。该方式看作是调制信号s(t)与 载波相乘。
线性调制器
S(t)是重复周期为T、脉宽为τ的方波，傅立叶级数表示：
s(t)
=
1 A0 ( 2
+
2 π
cos ωt
−
2 3π
cos 3ωt
1[ 2
(r02
+
ω
2
L20
)(
g
2 0
+
ω
2C02
)
+
ω 2 L0C0
−
r0 g0
]
γ：传播系数 β：衰耗系数，单位为dB/km(分贝/公里) α：相移系数，单位为rad/km(弧度/公里)
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计算：用复数的运算方法来简化计算过程
r0 + jωL0 = r1∠ϕ1
g0 + jωC0 = r2∠ϕ 2
四、无线信道
1.无线电信道
一般，称波长为0.001～1.0m、频率为300MHz~300GHz 的无线电波为微波。这里的无线电信道指微波以下频段的 无线电信道，常用几十兆～几百兆Hz。
优点：适宜于短距离、直接传输
2.微波中继信道（含卫星通信）
优点：微波频段频带很宽，可容纳许多无线电频道且 不相互干扰。
一、信道的分类
1、按信道的复用方式 ¾ 频分信道（FDM）：利用频率变换和调制方法，将若干路 信号调制到频谱的不同位置，接收端利用接收滤波器把各路信 号区分开。按频带划分信道构成多路复用。 ¾ 时分信道（TDM）：将信号时区划分为若干时隙，轮流传 输不同的信号，形成时分通信。
2、按传输信号的类型
¾ 模拟信道：传输连续的模拟信号。 ¾ 数字信道：传输离散的数字信号。
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一、调制与解调
1. 定义 调制：将待传输的基带信号进行频谱的搬移或者 数字脉冲波形的变换，使其适宜于在信道 中传输的过程。 载波：被调制的正弦波信号 已调信号：调制后得到的信号 解调：从已调信号中将原信号复原的过程。
已调信号的带宽是调制信号带宽的两倍。
线性调制共同特点: 已调信号中，每一频率分量都对应于原调 制信号的频率分量在频率轴上搬移一个ω0的距离，整个频谱的 结构和每一分量的相对大小不因调制而改变。
e'(t) = e(t)cosω0t = s(t)cosω0t cosω0t
=
1 2
s(t) +
1 2
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远动信息的传递过程
通信设备：一般包括信道、调制器/解调器（光端机）。 调制：把信息加到载波上，变成已调信号的过程 解调：把信息从已调信号中恢复出来的过程称为解调 信道：含有各种干扰的通信线路
ω
Uϕ (x,t) 为前行波，波速等于 α
结论1：电压波衰减地 向收端前进。
同理， Uψ ( x, t) 为反行波。
结论2：反射现象既损耗了信号的能量，又使接收端电压 波形造成畸变，产生有害的干扰。
（5）阻抗匹配：接收端负载阻抗等于特性阻抗
Z FZ = Z C
在阻抗匹配的情况下，不会出现反射波
1 2
(U&1
−
I&1 Z c
)
=
Uψ
e
jψ
则：
U&x = Uϕ e jϕ e −rx − Uψ e jψ e rx = Uϕ e − βx e j(ϕ −αx) + Uψ e βx e j(ψ +αx)
转换为瞬时值的形式，有：
u = 2Uϕ e−βx sin(ωt − αx + ϕ ) + 2Uψ e βx sin(ωt + αx +ψ ) = uϕ ( xt ) + uψ ( xt )
单极性不归零码 双极性不归零码 单极性归零码 双极性归零码 差分码
基带数传机原理框图
三、干扰电平和允许电平
用电平表示信号在传输过程中信号幅度变化情况。
1.相对电平 选择电路上某点的功率P0（U0、I0）为基准，把
电路上各点功率高于或低于基准点的倍数以dB（分 贝）表示，称该点的相对功率（电压、电流）电平。
二、数字调制方式
数字调制是利用数字信号去控制一定形式的载波 而实现调制的一种方法。
选用正弦波为载波信号
u(t) = Um cos(ωt + ϕ )
用数字基带信号分别控制幅值，角频率和相位等参数
¾ 键控调幅ASK：幅度随信号变化。 ¾ 键控调频FSK：频率随信号变化。 ¾ 键控调相PSK：相位随信号变化。
构成高频信号的通路，将其送到电力线上。隔 离高电压、大电流，保护人身、设备的安全
三、光纤信道
1.数字式光端机
光端机：将电信号转换成光信号的变换装置。 光中继装置：为实现远距离传输，将因传输而使强度减弱 的光，先转换成电信号，放大后再转换成光信号，以便长距离 传输。 光纤：透明度极高的纤维，将光传输到远方的媒介
=
20 log
Ux 0.775
(dB)
常用dBr表相对电平，用dBm表示绝对电平。
3.干扰电平和发送接收电平的规定
以电力监控通信为例：
¾ 干扰电平：音频回路两端用杂音计所测杂音电压： 明线≤2.5mV；电缆≤2.0mV。
¾ 发送电平：音频电路最高发送电平不大于0dBm； 载波通道的载波机两线端测得的电平 不大于-13 dBr。
+ω)t
−
1 3π
cos(ω0
+ 3ω)t
+
1 5π
[cos(ω0
+ 5ω)t
−...]
+[ 1 π
cos(ω0
−ω)t
−
1 3π
cos(ω0
− 3ω)t
+
1 5π
cos(ω0
− 5ω)t
−...]
差频项：所有 成分频率小于
载频部分
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调幅信号的解调：包络检波、相干解调。 相干解调: 利用相干载波与所接收到的调制信号相乘，可 以产生一个含有调制信号和其它成分的组合信号，再用一 截止频率等于载波频率的低通滤波器将信号分离出来。