鐵路傳輸系統(tǒng)

《傳輸系統(tǒng)組建與維護》

第一篇 認識傳輸系統(tǒng)

項目一 認識傳輸系統(tǒng) 2

1.1 任務一 認識公共傳輸網(wǎng)絡 4

1.1.1 任務準備 4

1.1.2 操作 認識公共傳輸網(wǎng)絡 6

1.2 任務二 認識專用傳輸網(wǎng)絡 7

1.2.1 任務準備 7

1.2.2 操作 認識專用傳輸網(wǎng)絡 9

1.3 項目小結(jié) 9

習題 10

第二篇 組建傳輸網(wǎng)絡

項目二 搭建傳輸系統(tǒng) 12

2.1 系統(tǒng)基礎 12

2.1.1 sdh網(wǎng)元特點 12

2.1.2 基本拓撲結(jié)構(gòu) 15

2.1.3 網(wǎng)絡的分層結(jié)構(gòu) 16

2.2 任務一 建立鏈形結(jié)構(gòu)傳輸網(wǎng)絡 17

2.2.1 任務準備 17

2.2.2 操作一 華為設備連接 21

.2.2.3 操作二 中興設備連接 23

2.3 任務二 建立環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)傳輸網(wǎng)絡 24

2.3.1 任務準備 24

2.3.2 操作一 配置雙向通道保護 28

2.3.3 操作二 配置復用段保護 32

2.4 任務三 建立復雜拓撲結(jié)構(gòu)傳輸網(wǎng)絡 34

2.4.1 任務準備 34

2.4.2 操作一 配置環(huán)帶鏈拓撲網(wǎng) 38

2.4.3 操作二 配置相切環(huán)拓撲網(wǎng) 41

2.5 項目小結(jié) 43

習題 43

項目三 網(wǎng)管系統(tǒng)安裝 44

3.1 任務一 安裝中興e300網(wǎng)管系統(tǒng) 44

3.1.1 任務準備 44

3.1.2 操作 安裝中興e300網(wǎng)管系統(tǒng) 45

3.2 任務二 安裝華為t2000網(wǎng)管系統(tǒng) 49

3.2.1 任務準備 49

3.2.2 操作 安裝華為t2000網(wǎng)管系統(tǒng) 53

3.3 項目小結(jié) 56

習題 57

項目四 系統(tǒng)單板配置 58

4.1 任務一 配置2mbit/s電接口板 58

4.1.1 任務準備 58

4.1.2 操作一 配置中興 et1板 63

4.1.3 操作二 配置華為 pq1板 66

4.2 任務二 配置10/100mbit/s以太網(wǎng)接口板 68

4.2.1 任務準備 68

4.2.2 操作一 配置中興sfe板 68

4.2.3 操作二 配置華為et1板 72

4.2.4 案例分析 76

4.3 項目升級 配置155mbit/s光接口板 77

4.4 項目小結(jié) 79

習題 79

第三篇 傳輸系統(tǒng)運行與維護

項目五 日常維護 82

5.1 任務一 日常值班 83

5.1.1 任務準備 83

5.1.2 操作一 記錄設備面板燈 89

5.1.3 操作二 記錄網(wǎng)管告警信息 90

5.2 任務二 制作月報表 91

5.2.1 任務準備 91

5.2.2 操作一 測試誤碼 102

5.2.3 操作二 測試激光器光功率 104

5.2.4 操作三 測試接收靈敏度 106

5.3 任務三 制作年報表 107

5.3.1 任務準備 107

5.3.2 操作 測試抖動指標 111

5.3.3 項目小結(jié) 113

習題 113

項目六 故障處理 114

6.1 任務一 處理los故障 114

6.1.1 任務準備 114

6.1.2 案例分析一 122

6.1.3 案例分析二 124

6.1.4 操作一 處理光接口los故障 125

6.1.5 操作二 處理電接口los故障 126

6.2 任務二 處理ais故障 127

6.2.1 任務準備 127

6.2.2 案例分析 129

6.2.3 操作一 處理光線路ais告警 129

6.2.4 操作二 處理支路口ais告警 130

6.3 任務三 處理b1、b2、b3故障 132

6.3.1 任務準備 132

6.3.2 操作 處理誤碼告警 135

6.3.3 案例分析一 136

6.3.4 案例分析二 136

6.3.5 項目升級 應急保障案例 137

6.4 項目小結(jié) 138

習題 139

第四篇 傳輸系統(tǒng)的應用

項目七 高鐵傳輸系統(tǒng) 142

7.1 高鐵概述 142

7.2 高鐵傳輸系統(tǒng)案例 144

7.2.1 某高鐵通信系統(tǒng)概況 144

7.2.2 傳輸系統(tǒng) 144

項目八 dwdm的應用 147

8.1 基本原理 147

8.1.1 概述 147

8.1.2 波分復用技術(shù)原理 148

8.1.3 波長、頻率、波道號對照表 150

8.2 wdm系統(tǒng) 152

8.2.1 網(wǎng)絡單元 152

8.2.2 wdm組網(wǎng) 159

8.2.3 保護方式 160

8.2.4 wdm分類 163

項目九 otn的應用 164

9.1 otn基本原理 164

9.1.1 otn技術(shù)背景 164

9.1.2 otn標準 164

9.1.3 otn體系架構(gòu) 165

9.1.4 接口 166

9.2 otn設備介紹 167

9.2.1 otn設備形態(tài) 167

9.2.2 otn設備功能模塊描述 167

9.3 otn組網(wǎng) 169

9.3.1 otn的網(wǎng)絡拓撲 169

9.3.2 節(jié)點間連接模式 170

9.3.3 otn系統(tǒng)的故障回避機制 171

9.4 案例分析 174

9.4.1 節(jié)點配置 174

9.4.2 用戶接口模塊 175

9.4.3 網(wǎng)絡管理系統(tǒng) 175

項目十 微波系統(tǒng)的應用 176

10.1 微波通信 176

10.1.1 微波技術(shù)發(fā)展概述 176

10.1.2 微波傳輸分類 177

10.1.3 影響微波傳輸?shù)囊蛩?178

10.1.4 微波傳輸系統(tǒng)組成 179

10.2 微波傳輸?shù)膽?181

10.2.1 微波傳輸在移動網(wǎng)絡中的應用 181

10.2.2 某地區(qū)sdh微波傳輸 182

附錄一 中心傳輸局房傳輸設備維護管理要求 183

附錄二 中繼局房維護管理要求 187

附錄三 傳輸機務員國家職業(yè)標準崗位要求 189

附錄四 專用詞匯及縮略語 192

參考文獻 195

ASI(Actuator-Sensor Interface)是用于在控制器(主站)和傳感器/執(zhí)行器(從站)之間進行雙向、多站點數(shù)字通信的總線網(wǎng)絡，它由主站、從站、傳輸系統(tǒng)3部分組成，而傳輸系統(tǒng)又由兩芯傳輸電纜、ASI電源和數(shù)據(jù)解耦電路構(gòu)成。

ASI總線推薦使用的電纜型號為CENELEC或DIN VDE 0281[CENE-90]，并且要標明HO5VV-F2x1.5,這是一種兩芯、橫截面積為1.5mm2的柔性電源線，它既便宜又隨處可見。另一種是具有相同電特性的ASI專用扁平電纜，它在安裝上非常方便。因為ASI電纜既要傳輸信號又是要提供電源，所以在選擇電纜時必須注意兩個方面的技術(shù)指標:第一是通信頻譜特性，第二是直流阻抗特性。在認為有較大干擾的情況下，則需要選擇使用屏蔽電纜，如型號為(N)YMHCY-02x1.5的電纜，但它也必須滿足規(guī)定的頻譜特性要求。特別要注意的是屏蔽層在ASI電源端只能接地，而不能接在ASI+和ASI-端。

ASI電源的電壓為29.51-31.5VDC，每個從站向傳感器/執(zhí)行器提供的電源電壓VDC(+10[%]或-15[%])。在一個ASI總線系統(tǒng)中，ASI電源可給31個從站提供的最大電流為2A，因此每個從站平均消耗的電流為65mA。如果從站帶動的執(zhí)行器功率較大，所需電流大于65mA時，則必須外接輔助電源。整個系統(tǒng)允許在ASI電纜上的最大壓降為3V，因此電纜的橫截面積不能小于1.5mm2，這樣才能保證網(wǎng)絡中每個從站都能得到規(guī)定的電壓值。

ASI電纜的等效電路模型，分為兩芯電纜和帶屏蔽層兩芯電纜兩種模型。電阻(R')、電容(C')、電感(L')和電導(G')值為ASI電纜的等效參數(shù)。傳輸速率為167Kb/s時，兩芯電纜總的極限參數(shù)范圍為:R'=20-50mΩ/m，L'=200-600nH/m，C'=35-70pF/m，G'=1-3μS/m。在同樣的傳輸速率下，帶屏蔽層的兩芯電纜的極限參數(shù)為:R's=10mΩ/m，Ls'=800nH/m，Cs'=300pF/m，Gs'=15μS/m。

ASI電纜的復數(shù)阻抗與傳輸速率之間的關(guān)系對系統(tǒng)的響應特性具有十分重要的意義。在傳輸速率為167Kb/s時，阻抗為80-120Ω，而低于或高于167Kb/s時，阻抗會迅速下降，因此當采用167Kb/s的傳輸速率時，將得到最大的信號幅值。

ASI信號在傳輸前要進行調(diào)制，采用什么調(diào)制方法要考慮諸多的因素。例如附加在電源電壓上的傳輸信號必須是交變的;主站和從站之間的雙向通信要求雙主都能夠產(chǎn)生簡單、有效和節(jié)省時間的窄帶傳輸信號;使用非屏蔽電纜時不應有太多的干擾等等。ASI信號的調(diào)制采用交變脈沖調(diào)制方式(APM)，這是一種在基頻進行調(diào)制的串行通信方式。

主站發(fā)出的請求信號位序列首先轉(zhuǎn)換為能執(zhí)行相位變換的位序列，即曼徹斯特II編碼，這樣就產(chǎn)生了相應的傳輸電流。當傳輸電流通過電感元件時會產(chǎn)生電壓突變，就產(chǎn)生了請求信號電壓。每一個增加的電流產(chǎn)生一個負電壓脈沖，而每一個減小的電流產(chǎn)生一個正電壓脈沖，通過這種方法從站很容易得到請求信號。因為信號是疊加在電源上的，所以信號電壓有時會大于從站的電源電壓。在從站內(nèi)并不需要電感元件，這就使得智能型傳感器/執(zhí)行器上的帶有Slave Chip元件的一體化從站電路更小、更簡單、更經(jīng)濟。在從站中接收電纜上的請求信號電壓并轉(zhuǎn)化為初始的位序列，就完成了一次主站向從站的請求信號的轉(zhuǎn)換過程。

信號傳輸?shù)碾妷好}沖被設計成正弦平方波方式，但要考慮到低頻干擾的影響，通過選擇合適的傳輸波形可以提高可靠性。經(jīng)過這種調(diào)制后的信號在規(guī)定的拓撲結(jié)構(gòu)中，每兩位脈沖信號的間隔只有6μs。

ASI電源和與之相連的數(shù)據(jù)解耦電路，ASI電源可以提供29.5-31.6VDC電壓，完全滿足國際電工委員會(IEC)對安全隔離低電壓的技術(shù)要求，并具有可靠的短路過載保護。數(shù)據(jù)解耦電路由兩個50μH的電感和兩個39Ω的電阻相互并聯(lián)組成，通過電感可以將傳輸信號的電流脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷好}沖，同時它還具有防止數(shù)據(jù)傳輸頻率信號經(jīng)過電源而造成短路的作用，兩個電阻代表了網(wǎng)絡的邊界終端。為使電路信號噪聲最低，必須采用高對稱性的電路結(jié)構(gòu)，兩個電容CE和兩個電感L應完全相等，接地點要可靠接地，若采用屏蔽電纜，屏蔽層也應接到地上。如果2A電流仍不能滿足從站的要求，就必須采用帶有輔助電源的從站模式或使用帶有附加電源的中繼器。

ASI總線系統(tǒng)為主從結(jié)構(gòu)，采用請求-應答的訪問方式。主站先發(fā)出一個請求信號，信號中包括從站的地址。接到請求的從站會在規(guī)定的時間內(nèi)給予應答，在任何時間只有1個主站和最多31個從站進行通信。一般訪問方式有兩種:一種是帶有令牌傳遞的多主機訪問方式;另一種是CSMA/CD方式，它帶有優(yōu)先級選擇和幀傳輸過程。而ASI的訪問方式比較簡單，為了降低從站的費用、提高靈活性，一方面在不增加傳輸周期的條件下盡量包括更多的參數(shù)和信息，另一方面?zhèn)鬏斨芷诘臅r間應能自動調(diào)整，例如系統(tǒng)中只有6個從站時，傳輸周期為1ms，而有31個從站時周期約為5ms。如果在網(wǎng)上有短暫的干擾時，主站沒有收到從站的應答信號或收到的是錯誤無效的信號時，主站可以重發(fā)信息而無需重復整個傳輸周期。

ASI總線的總傳輸速率為167Kb/s，它包括所有功能上必要的暫停。允許的網(wǎng)絡傳輸速率為53.3Kb/s，從這一點看它的傳輸效率為32[%]，與其它現(xiàn)場總線系統(tǒng)相比，這個數(shù)值較好。但在電磁干擾的環(huán)境下應采取進一步措施，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

一個ASI報文由主站請求、主站暫停、從站應答和從站暫停4個環(huán)節(jié)組成。所有的主站請求都是14位，從站應答為7位，每一位的時間長度為6μs。主站暫停最少為3位，最多為10位。如果從站是同步的話，在主站3位暫停后從站就可以發(fā)送應答信號。如果不是同步信號，那么從站就必須在5位暫停后發(fā)送應答信號，因為在這段時間內(nèi)從站會在接收到完整有效的請求信號后監(jiān)測主站的暫停情況，看看是否還會有其它信息。但是如果主站在10個暫停位后沒有接收到從站的應答信號的起始位，主站會認為不再有應答信號而發(fā)出下一個地址的請求信號。從站的暫停只有1位或2位的時間。

在ASI報文中主站請求由以下具體信息組成:

ST 起始位 主站請求開始，0為有效，1為無效。

SR 控制位 數(shù)據(jù)/參數(shù)/地址位或命令位，0為數(shù)據(jù)/參數(shù)/地址位，1為命令位。

A0~A4 從站地址位 被訪問的從站地址(5位)。

I0~I4 信息位 要傳輸?shù)男畔?5位)，請求類型。

PB 奇偶校驗位 在主站請求信息中不包括結(jié)束位為1的各位總和必須是偶數(shù)。

EB 結(jié)束位 請求結(jié)束，0為無效，1為有效。

在ASI報文中從站應答由以下具體信息組成:

ST 起始位 從站應答開始，0為有效，1為無效。

I0~I3 信息位 要傳輸?shù)男畔?4位)，應答類型。

PB 奇偶校驗位 在從站應答信息中不包括結(jié)束位為1的各位總和必須是偶數(shù)。

EB 結(jié)束位 應答結(jié)束，0為無效，1為有效。

在ASI主從結(jié)構(gòu)中，主站所發(fā)出的報文在系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換中占有重要的地位。主站的請求報文共有9種:(1)數(shù)據(jù)交換 要求從站把測量數(shù)據(jù)上傳給主站，而主站又可以把控制指令下達給從站。(2)寫參數(shù) 設置從站功能，如傳感器的測量范圍、激活定時器、在多傳感器系統(tǒng)中改變測量方法等。(3)地址分配 只有當從站地址為00H時才有效。從站接到這個請求后，用06H回答，表示已收到了主站的正確請求，從站從此就可以在這個新地址被呼叫了，同時把這個新地址存儲在從站的EEPROM中，這個過程大約需要15ms。這種方式使主站可以對運行中損壞后重新置換的從站自動進行原有地址的設置。(4)復位 把被呼叫的從站地址恢復到初始狀態(tài)，從站用06H回答，整個過程需2ms。(5)刪除操作地址 暫時把被呼叫的從站地址改為00H，這個報文一般和"地址分配"報文一起使用。當新地址確定后，從站用06H回答。如果使用指令"Reset-ASI-Slave"就可以恢復原地址。(6)讀I/O配置。(7)讀ID編碼 從站的I/O設置和ID編碼在出廠時已經(jīng)確定，不能改變。(6)、(7)結(jié)合使用的目的是確定從站的身份。(8)狀態(tài)讀取 讀取從站狀態(tài)緩沖器中的4個數(shù)據(jù)位，以獲得在尋址和復位過程中出現(xiàn)的錯誤信息。(9)讀出狀態(tài)和狀態(tài)刪除 讀出從站狀態(tài)緩沖器的內(nèi)容，然后刪除。

在以上9種主站請求報文中，數(shù)據(jù)和參數(shù)的傳輸有兩種，設置和改變從站地址的有兩種，對從站進行識別和查詢的有5種。表1列出的是主站9種報文的名稱和內(nèi)容。

如果在非屏蔽電纜上進行高速ASI傳輸通信，那么電磁兼容性(EMC)問題就非常重要了。發(fā)射干擾和現(xiàn)場的場強輻射干擾都不應超過歐洲標準EN55011給出極限值，ASI系統(tǒng)的抗干擾能力在IEC801文件中已有詳細的說明。大量的ASI系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)表明，由于傳輸信號采用了正弦平方波，因此ASI系統(tǒng)的發(fā)射干擾保持在IEC的規(guī)定值以下。ASI系統(tǒng)對于靜態(tài)放電在26M-1GHz頻率范圍內(nèi)的電磁高速瞬間干擾的抵抗能力可達到3級。在最壞的情況下，通信將出現(xiàn)故障，但系統(tǒng)具有檢測功能并可以對報文進行重發(fā)。因為是短信息，重發(fā)不會增加周期時間，只有在報文發(fā)生嚴重錯誤時，才會增加報文的周期長度。當位傳輸錯誤率在70b/s時，系統(tǒng)周期大約為5ms;如果錯誤率再高一點，周期時間變化不大，ASI仍能保持它所有的功能。只有誤差超過5000b/s時，正常的數(shù)據(jù)傳輸才難以維持。

當ASI電纜被切斷時(如錯誤短接或故障斷開)，主站將不能訪問位于斷點另一側(cè)的從站，而位于主站一側(cè)的從站仍可以被主站呼叫。通過管理服務程序主站能夠診斷和發(fā)出故障信號，但前提是數(shù)據(jù)解耦電路和電源這時應在同一側(cè)，否則系統(tǒng)就會完全癱瘓。如果在ASI系統(tǒng)中沒有使用中繼器，那么當電源發(fā)生故障時，ASI系統(tǒng)將停止工作，有關(guān)故障的信息也不會得到。但如果使用了中繼器，因中繼器可以向網(wǎng)絡供電，那么電源故障的影響就會減小，系統(tǒng)將維持部分功能。

ASI總線的傳輸系統(tǒng)是連接網(wǎng)絡系統(tǒng)中主站、從站、電源、控制器、傳感器/執(zhí)行器的通路和橋梁。報文信號在傳輸系統(tǒng)中要經(jīng)過多次的變換和恢復，并要抵抗各種外界的干擾以保證準確、快捷、可靠的信息交換，它是ASI總線系統(tǒng)中重要的組成部分。