道路通信系统设计.ppt

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1、在信息技术高速发展的今天，电磁波对我们来说越来越重要，广播、电视要利用电磁波，无线电通信要利用电磁波，航空、航天中的自动控制和通信联系都要利用电磁波,第二节 紧急电话系统,一概述（1）系统结构组成：由电话控制台、路侧紧急电话亭和传输线路组成。（2）系统功能要求：控制台对全线所有电话亭全部开放；免提呼叫；控制台能立即获得呼叫话亭位置信号和建立线路联接；控制台具有记录、存储呼叫信息和通话内容的功能，同时可直接联络交警和各救援单位；系统具有远端自动测试能力；可靠性高；有条件的设立隔音屏。,（3）线路网络组织：线路网络以控制台为中心，采用联接器建立以若干条支线为主干的星形网。（4）信号传输一般采用模拟

2、信号基带传输。,二紧急电话亭（1）话亭使用功能：接受客户的呼叫，与控制台话务员进行通话；接收和管理控制台的呼叫，响应控制台启动的测试；测试和远控功能的呼叫管理；向控制台呼叫时，对信号碰撞现象的安全保证；亭前40cm处测得的额定声能级为 90dBA；安装事故告警闪光灯或粘贴 反光膜，以利夜间辨识。,（2）主要结构见图，由下列部分组成：上装配门；扬声器；按键；话筒；蓄电池；下装配门；亭基；接线盒；连接线；集成电路模块（3）话亭电源：专线直流电压远距 供电或蓄电池独立供电，定期更 换充电。,二系统控制台（1）控制台基本功能：识别、定位和显示话亭呼叫；建立控制台和电话亭的接续，并进行通话；对系统进行人

3、工和自动测试；储存和显示同时发生的呼叫；呼叫保持，即中断与该电话亭的接续，并将保持中的话亭号存储和在屏幕上显示；呼叫恢复，即与保持中的话亭再建立接续。（2）控制台设备配置如图所示。,高速公路设置专用程控数字交换系统是获取高可靠性、高可用性通信工具的物质保证；同时，利用已建管道安装程控电话可以节省投资费用。目前公路光缆通信系统采用多芯光缆，语音、数据、视频图像都各有专用光纤，是几种不同通信系统并存于光缆内。,第二节 程控数字交换系统,1程控数字交换系统功能要求（1）完成管理部门各单位点对点的语音、传真、图像和数据的传输；（2）实现管理中心和下属各单位一点对多点的同时通信(如指令电话、电话会议等)

4、；（3）与上级业务管理部门和外界社会的通信；（4）具有对系统状态自动测试的功能。,2程控数字交换系统程控数字交换系统为实现多个用户能在同一时间成对地可靠通话，需将语音信号变换为数字信号，编辑成二进制代码；用时分多路复用技术，将多路话音按序以一定规格编排，沿一条线路顺序传送给交换机，交换机根据用户的通话要求，分别接续各自的线路，让顺序排列的各路话音对号进入，并将数字代码恢复为原有的模拟语音信号，让接收端能正确理解。,公路专用电话网一般采用一个汇接局和若干个端局组成复合星形或环形数字通信网。各局数字交换机通过用户线接口电路，进行数模转换后用双绞线(模拟信号)连接话机。,高速公路各现场监测站有大量监

5、测数据需要及时传送给监控中心；各个收费站也有大批数据文件要定时传送收费中心。为此，光缆中辟有专门传输数据信号的光纤，将沿公路线的各个站点和各级管理中心连接成一个庞大的数据通信网。,第三节 数据通信系统,1数据通信特点数据通信是人和计算机、计算机和计算机的通信，计算机直接参与通信是数据通信的主要特征。“机机”间的通信过程，缺乏人的智能识别，需要制订严格的通信协议；要求高可靠性。数据字符信息含义由规定的七位码元表示，只要有一位码元在传输过程发生差错(1和0调换)，接收端的理解就会与发端完全不符，导致严重后果；数据通信传输速率高。数据呼叫和数据通信持续时间都很短，据统计，90的数据呼叫持续时间都在5

6、0s以内。,2光纤数字通信系统基本组成目前的光纤通信是将信源信息先转换成电信号，再将电信号变换为光脉冲输入光纤，以极高的速度传送至接收端进行光电逆变换，最后将电信号转换为信宿可以理解的信息。,系统的基本组成:DTE数据终端设备；电发射端机将DTE发来的各种信号转换成二进制电脉冲；输入接口变换输入码型；光发射端机将电信号转换为光信号，即EO变换；光接收端机将光信号转换为电信号，即OE变换；输出接口码型变换；电接收端机将数字信号还原为DTE可以理解的信息；光中继器当光信号幅度衰减和波形失真时，恢复信号原有脉冲形状；光缆线路；网管及辅助设备对通信网的运行性能、配置、故障和安全进行管理；保证电源供给等

7、。,3光纤通信主要设备1）光发射端机 其主要任务是将电信号转换为光信号。2）光接收端机 光在传输途中，幅度衰减，波形被展宽、变形，接收端机接收这些微弱信号，放大并转换为电脉冲信号。3）光中继器 光中继器先作光/电转换，再作电信号均衡放大，时钟提取和判决再生，最后作电光转换。因此，光中继器是在光接收机和光发射机中间插入一个电信号中继器组成。,4光同步数字通信网 光同步数字通信网(简称SDH网)是一个将复接、线路传输和交换功能融为一体、由统一网管系统进行管理操作、用光纤传输光同步信号的综合信息网。1）SDH网的基本网络单元组成：它有统一的网络节点接口(NNI)和信息结构模块(STM)，见图。,2）

8、关键设备(1)分插复用器ADM：它是一种光电设备，其上半部为接口区，包括与外界连接、测试和电源等接口；下半部为设备各种模块的安装区，各种模块对号插入。其结构方框见图。(2)数字交叉连接设备DXC DXC具有ADM的基本功能，并扩展了配线、保护/恢复、监控和网络管理等多种功能的智能化传输节点设备。(3)光接口,5网络保护与自愈网通信网络出现差错或线路中断，首先是失去对交通流的监控，公路管理将产生混乱，造成极大的损失。在设计通信网络时，首要问题是进行网络保护，确保网络的生存力。目前，主要是利用网络节点间预先分配的冗余线路实施保护，如1+1保护等。,5网络保护与自愈网自愈网是一种无需人为干预，可在极

9、短的时间内从失效状态自动恢复通信功能的网络，而且，使用户感觉不到网络出现过故障。目前，多采用线路保护倒换和环形网保护等措施。,6网络管理系统公路专用通信SDH网大都实行两级管理，以基层通信站(包括收费和现场监控站的通信设施)作为网元，通信中心作为网元管理层实施分层管理。管理功能为：故障管理：连续监视和及时报警不同网络层的传输缺陷，如信号丢失、编码器故障和局部电源故障等，或进行测试操作。性能管理：对网元和设备的状态和性能参数进行监测、分析和控制；收集、存储和评价各层次的性能参数，对参数作门限管理，发出越限报告，统计系统的特殊事件(如指针调整事件等)。,配置管理：开销字节设置和检索；自动保护倒换状

10、态设置和管理；设备参数的设定、检索和对网元端口连接进行管理。安全管理：通过设置口令，对使用权限实施网管系统的接入安全管理，网络资源管理。综合管理：人机界面管理、报表生成、打印管理、管理软件的下载和重载管理。,7网同步同步传输网的各级时钟应该同步，公路专用通信系统常采用主从同步方式。通常由通信中心的时钟作为主时钟，是基准参考时钟，精度约为110-8，其它所有时钟都与它锁相同步，网元时钟精度约为4.610-6。正常情况下，低级时钟总是从它的同级或高一级时钟处接受定时信号。为了提高时钟网络的可靠性，应采用多重备份方式。此时同阶帧不仅字节时隙相等，组成字节的比特传输率相同，脉冲的相位也完全一致。,8公

11、路光纤数字通信网络公路光纤数字通信网大都采用环形自愈网。网络主要由多芯光缆、分插复用和交叉连接复用等器件组成，在光路的排布和交换应用方面起到更为重要的作用。通信系统一般设有总站，有人管理站和无人站三种，,1需要传输的视频图像与相关信息(1)重要路段、立交和隧道摄像机拍摄的交通流图像信息需要实时传送给监控中心，与此同时，监控中心需要将对镜头和云台的控制信号分别反向传送给摄像机；(2)收费车道摄制图像需实时传送监控楼，反向控制信号由监控楼传送给摄像机；,第五节 视频图像传输系统,(3)收费亭收费工作图像实时传送给收费站监控楼；(4)异常收费图像需传送给收费中心；(5)传送电视会议图像。,2视频图像

12、的同轴电缆传输同轴电缆适用于基带传输，将摄制图像信息不经调制直接送入同轴电缆传输，简单易行且成本低廉，广泛用于2km以内的图像传送。,3视频图像的光缆传输(1)基带传输：工作方式与同轴电缆相同，但传输距离更长(可大于10 km)，干扰也更少，控制信号经过调制后，可从同一光纤反向传输。(2)副载波复用传输：将各需要传输的图像基带模拟信号用频率调制法调制在各自的副载波上，然后经过频分复用(合路)，用合路的已调信号去调制半导体激光器的输出光强，经光纤将多路图像信号复用传送给监控中心。(3)数字传输：利用图像压缩编码技术将图像数据压缩编码以实现图像传输的技术。,舰载卫星通讯系统,车载数字新闻通讯车,彩

13、塔接收天线,电报大楼上的接收天线,1公路交通对移动通信的需求（1）运营部门需要与公路作业车辆和人员进行通信联系，如对路政巡逻车辆、消防急救车、拖曳车和维修车辆的调度指挥等；（2）公路管理部门与用户驾驶员的通信联系，如：向用户提供比较详细的交通信息；路侧通信站与车辆进行实时信息交换(如电子收费)和对车辆实施行驶控制等；（3）车辆定位、探测和电子收费要求使用全球定位系统，卫星通信将进入公路通信范畴,第五节 移动通信,2移动通信概述（1）移功通信特点：无线信道；传播条件恶劣；干扰严重；跟踪交换；多普勒效应。（2）移动通信使用的频段：我国划定的移动通信频率从29.7MHz4999MHz，共分15个频段

14、。（3）移动通信工作方式：单频单工制；半双工制；双工制。,（4）移动通信系统组成：由基台(BS)、移动台(MS)、移动业务交换中心(MSC)和与市话网(PSTN)相连接的中继线等组成，如图所示。（5）信号调制方式：模拟信号调制；数字信号调制。,3公用移动通信网 1）移动通信体制(1)大区制：在一个服务区域内，只设立一个基站，并由此站负责通信链路的连接和控制;(2)小区制：将通信服务区划分为若干个相连的无线小区，每个小区分别设置一个基台，为进入本区的移动台提供无线和有线信道，进行通信服务。并在移动业务交换中心(MSC)的统控制下，实现小区间移功用户通信的转接，以及移动用户与有钱用户的连接。小区主

15、要有两种形式：带状小区；面状小区。,2）蜂房移动通信的信道结构基地站与移动台之间的无线信道是一条双向传输通道，它使用两个分隔的载波频率。以我国分配的频段和信道为例，上行频率为879899MHz，下行频率为924944MHz，通频段宽度为20MHz，上下信道频率间隔为45MHz。每一信道的带宽为25KHz，总共可安排800条双向信道。基站有多少个无线信道，就有相对应的设备信道单元(固定频率的发射机和接收机数目)。移动台只有一个发射机和一个接收机，它的中心频率是可变的。开机后，移动台对它周围的信道进行扫描，自动将本身频率调节并锁定在信号最强的信道上，准备接收呼叫。进入通信状态后，根据实际情况或按照

16、业务交换中心的指令自动切换到所需要的信道。和有线程控电活一样，必须具有某些控制信号和传输指令才能高效率、有秩序地通信。为此将话音以外的信号和指令统称为信令，因而信道有话音信道和控制信道之分。每一个基地站分配一个控制信道，其余信道用来传送话音和数据,4）过界信道切换移动台在通信过程中，从小区驶入另一小区时，信道应自动切换到相邻小区的基台上，通信将从个频道转至另一个频道上进行，此功能由MSC通过监测控制自动执行。每个无线小区都装有信号强度接收机，专门用来检测移动台发出信号的强弱。当移动台在某一小区内运动时，与此小区相邻的各小区均能检测到该台发出的信号，但信号强度各有不同，强度大的表示移动台与此基站

17、距离较近。可以设置一个切换门限值，当邻近基台与原基台的信号强度差大于门限值，即由MSC向移动台和基地台发出切换指令，将频道变换到信号强的基地台。切换期通信中断时间应在400800ms内，以免影响通话质量。,5）蜂房通信系统的工作过程(1)移动台被呼 MSC验证识别码是否有权使用移动通信系统，并查找所呼移动台的位置；通知被呼叫移动台所在的家区基站，在控制信道上呼叫被呼台识别码；出现寻呼响应后，MSC选择空闲无线信道，对基地站指定话音信道；基地站启动指定信道发射机，使移动台调频到此频率，并经话音信道发出监测音（SAT）；当基地站收到移动台的SAT回音，即发出振铃信号。在收到振铃确认信号(ST)后，

18、即向MSC送回铃音，无线通信信道接续完成。(2)移动台主呼 移动台发射机在控制信道上发出移动台系列号、识别码和被叫用户号码；基地台将此信号转发给MSC；MSC验证系列号是否为禁用号，识别码是否有权使用移动通信系统；MSC或是通过中继线接入市话用户，或是寻呼被呼叫的移动用户，其余过程同前,4集群移动通信系统集群通信系统是多个用户共用一组无线信道，并动态使用这些信道进行业务指挥调度的移动通信系统。1）集群通信系统特点：集群通信采用单工和半双工；主要用于调度指挥；用户具有私人保密性和不同的优先等级；阻塞概率低，所需时间短，信道利用率和服务质量高等优点。2）集群通信系统组成见图：系统控制中心，用来管理

19、控制整个系统的运行；系统管理终端，值班员通过终端对系统进行管理控制；基站，通常配置520个信道，每个信道配置一台转发器和天馈线；调度台，分有线和无线调度台两种；移动台，有车载机和手持机等。,5专用短程移动通信专用短程移动通信主要是用来控制车辆运动和征收通行费。控制车辆运动包括对运行车辆位置和方向的测定，对车辆纵向和横向运动速度的控制等。电子收费需要在车辆运动过程中查明车辆类型、进出高速公路的站号，并将计算出的应缴通行费额通知用户。完成这些工作都需要在路侧固定通信站与运动车辆间多次交流数据，只有高可靠性的移动通信才能满足这些要求。,专用短程移动通信是将数字数据信号调制在高频副载波上，再以此搭载有

20、信号的副载波调制到频率、幅值固定的厘米波上，由天馈线在路面通信站和运动车辆之间来回传播，车辆至地面站的信号传送称为“上行”，地面站至车辆的信号传送为“下行”。,全部信号的编制、发射、接收、处理、存储和转送均由双方的微处理器按专用软件控制并操作硬件执行。为了在全球推行这些技术，必须制订与此相关的通信协议。最近各国认同5.8GHz为专用频带。,第六节 其它辅助系统,一.交流供电系统二.直流供电系统三.接地系统四.通信管道工程,通信电源系统的定义,为各种通信设备及有关通信建筑负荷供电的多种电源设备组成的系统，主要包括交流供电系统、直流供电系统和接地系统。通信局（站）电源组成方框图（如下）,交流供电系

21、统的组成,交流供电系统包括变电站（高压市电供电时）、油机发电机、低压交流配电屏（UPS）、通信逆变器、交流不停电电源（UPS）和连接的电力电缆等部分组成。各部分的主要功能如下：变电站内的市电应从两路高压电源引入，经高压柜、降压变压器把高压电（一般为10KV）变为低压电源（三相380V）后，送到低压交流配电屏。油机发电机是保证不间断供电必不可少的设备。当市电中断后，油机发电机自动启动，供给整流设备和照明设备的交流用电。低压交流配电屏可完成市电和油机发电机的人工或自动转换；可将低压交流电分别送到整流器、照明设备和空调装置等用电设施；可监测交流电压和电流的变化，当市电中断或电压发生较大变化时，能够自

22、动发出告警信号。在市电正常时，市电经整流和逆变器逆变后给通信设备供电，此时蓄电池处于浮冲状态。在市电中断时，蓄电池通过通信逆变器（DC/AC变换器）给通信设备供电。逆变器和市电的转换由交流静态开关完成。在市电中断时，交流不间断电源（UPS）可保证通信系统的交流供电电源不中断。,直流供电系统的组成,直流供电系统由整流器、蓄电池、直流变换器（DC/DC）、直流配电屏以及电力连接电缆等部分组成。各部分的功能如下：整流器的交流电源由交流配电屏引入，输出端通过直流配电屏与蓄电池和负载连接，并向它们提供直流电源。在市电正常情况下，蓄电池接受整流器供给的充电电流，以补充因局部自放电而消耗的电量。蓄电池通常处

23、于并联浮充充电和充足电的状态。在市电中断时，蓄电池可以保证不间断供电。直流变换器（DC/DC）可将基础电源的电压变换成各种设备所需的电压，从而向通信设备提供多种不同数值的电源。直流配电屏可保证与其相连的两组蓄电池中的一组不能正常工作时，另一组能正常供电；可分别监测总电流、电池浮充充电电流和负载回路电流；可发出过压、欠压告警信号和熔断器告警功能。,接地系统的组成,接地系统有交流接地、直流接地、保护接地和防雷接地、联合接地等方式。各种接地方式的功能如下：交流接地可避免因三相负载不平衡而使各相电压差别过大现象发生。直流接地可保证通信系统的电压为负值，还可满足测量装置的要求。保护接地可避免电源设备的金

24、属外壳因绝缘损坏而带电。防雷接地可防止因雷电过电压而损坏电源设备。联合接地由接地体、接地引入线、接地汇集线和接地线四部分组成，它是将各类通信设备的交流工作接地、直流工作接地、保护接地及防雷接地共用一组接地体。,交、直流电缆颜色表示及导线安全载流量/功率计算,三相五线制绝缘电缆的黄、绿、红三色分别表示交流电压的A、B、C三相，零线（即中型线）用蓝色表示，保护接地用黄绿相间表示。220V市电相线就是火线，一般用红色或棕色，零线用蓝色或绿色、黑色，接地线用黄绿相间。-48V直流电，红色表示正极，黑色或蓝色表示负极。导线的安全载流量是根据所允许的线芯最高温度、冷却条件、敷设条件来确定的。根据经验可得1

25、平方毫米的铜导线安全载流量为5A；铝导线的安全载流量为3A。（具体可以查表）电缆截面积S=1.5,2.5,4,6,10,16,25,35,50,70,95,120,150,185,240,300 mm2三相交流电功率P=根号3*U线*I线*cos（功率因素cos，一般取0.8）单相交流电功率P=U相*I相*cos,UPS不间断电源的作用及工作方式,UPS是英文Uninterruptible Power Supply的缩写，意为“不间断供电电源”，是一种含有储能装置（常见的是蓄电池），以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源，它可以解决现有电力的断电、低电压、高电压、突波、杂讯等现象，使计算

26、机系统运行更加安全可靠。现在已经被广泛应用计算机、交通、银行、证券、通信、医疗、工业控制等行业。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给终端设备(相对于UPS而言，我们将这些终端设备称为负载)使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向自己的内置电池充电；当市电中断(例如停电)时,UPS 立即将内置电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载的软、硬件系统不受损坏。,UPS不间断电源的作用及工作方式,按其工作方式分类可分为后备式、在线互动式及在线式三大类。1.后备式UPS：在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电超出其工作范围或停电时，通过

27、转换开关转为电池逆变供电。2.在线互动式UPS：在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电偏低或偏高时，通过UPS内部稳压线路稳压后输出，当市电异常或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。3.在线式UPS在市电正常时，由市电进行整流提供直流电压给逆变器工作，由逆变器向负载提供交流电，在市电异常时，逆变器由电池提供能量，逆变器始终处于工作状态，保证无间断输出。其特点是，有极宽的输入电压范围，无切换时间且输出电压稳定精度高，特别适合对电源要求较高的场合，但是成本较高。功率大于3KVA的UPS几乎都是在线式UPS。UPS按照输出容量大小划分为小容量3KVA以下，中小容量3KVA10KVA，中大容量10

28、KVA以上，50KVA为超大容量。UPS按输入/输出方式可分为三类：单相输入/单相输出（简称单进单出）、三相输入/单相输出（简称三进单出）、三相输入/三相输出（简称三进三出）。,通信管道是通信网络中布放光（电）缆的通道。通信管道具有容量大，布放光（电）缆方便，线路施工工期短、效率高，隐蔽安全，扩容方便，便于维护，不影响市容等优点，其缺点是初次投资比较大。中继线路目前已基本实现管道化，用户线路地下化的进程也在不断加快。,四.通信管道工程,管道系统的组成通信管道是由人孔、手孔和管路3部分构成的，如图2-1所示。按照使用性质和分布段落，通信管道可分为用户管道和局间中继管道。,常见的管道根据使用材料的

29、不同，管道可分为混凝土管、塑料管、钢管、铸铁管、石棉水泥管、陶管等，一般根据工程造价和现场环境来选用。,钢管、铸铁管,钢管,铸铁管,陶管,比较常见的管道有混凝土管、塑料管、钢管。其中混凝土管容易制作、造价较低，以往采用较为普遍。但近年随着光缆的不断普及，塑料管得到了广泛应用。,各种管道的优缺点对比,双壁波纹管,栅格管,梅花管,蜂窝管,共29页 第3页,案例介绍京沪高速公路通信系统,京沪高速公路全路铺设20芯光缆，采用同步光纤数字传输系统（SDHSTM-1）、光纤接入网系统会同程控数字交换系统形成一套综合业务通信系统。通信系统为收费、监控提供的传输功能如下：（1）监控数据传输（2）监控图象传输（3）收费数据传输（4）收费图象传输,