道路通信系统设计

第一节概述通信系统是各等级公路现代化管理的支撑系统，完成数据、语音、图象等大量信息的传输。●收费系统信息传送高速公路管理的基础，有偿使用是高等级公路可持续发展的基本条件●内部各系统业务联系常规交通信息、救援、维修等的及时传送。●内部各系统与外界联系上级管理、公安、消防、医院、工程、媒体等部门及时互通。道路通信系统的作用先进的高速公路综合通信系统能迅速、准确地实现上述三方面的功能，是确保道路畅通的基础设施之一。就道路通信技术本身而言，与常规通信无本质的区别。但高速公路作为现代公路网的主骨架，高速公路通讯系统设计应满足其建设、使用、管理等方面的需求，因此也具有其特殊性。一、高速公路通信系统的特殊性1、地域的特殊性管理站、通讯设施必须沿道路线性分布，在地理位置上可选择的机会较小。2、专用性道路通信以内部通信系统为主，大部分时间用于处理交通内部业务；并入公用通信网为辅，用于特殊情况与外界的联系。3、有线通信为主，其他形式为辅数字、音频、视频信息量庞大，必须依赖有线网络传输；地域狭长，需保持灵活的通讯方式。共20页第1页二、通信系统设计与建设高速公路通讯体系的设计与建设是一项关系地区众多行业、部门，且符合全国交通专用通讯网规划、国家相关技术标准等。1、设计准则●符合交通专用网规划，遵循国家技术标准；●保证系统联网需求保证各路段、道路、区域之间。信道优于终段设备。●专业化建设；（人、财、装备的职业化需求）●稳定、先进、可发展。通信技术的日新月异；交通领域不断提升的交流需求）2、设计目标高速公路通信体系分长途网、地区网、用户网三个通讯层次，用于不同的传输距离。由于道路狭长分布的特点，其通讯主干线以长途网、地区网构成。●省际专用网（长途网）设计目标◆内部综合通信功能（整体管理）◆建全内部子系统：电话交换网、数据传输系统、图像传输系统、移动通信网等◆有线（光纤）为主，无线（微波、卫星）为辅◆数字交换体系◆保留增容、升级余地（高配置、信技术、严规范）共20页第1页●路段专用网（地区网）设计目标◆语音、数据与文字、图像实时传递系统◆数字程控交换系统（地区网的建设原则上要考虑对综合通信系统ISDN的适应性与扩展）◆远期增容、联网的余地◆本路段专用紧急（安全）电话网综合通信系统：集数据（含文字）、语音、图像等信息实时传递功能于一体，且能满足计算机管理、数据交换、现场指挥调度、电话会议等需求的现代通信体系。共20页第1页共29页第2页三、高速公路信息类型与传输方式1高速公路需要传输的信息，按用途可划分为下述种类：●①监控、收费、隧道消防等机电子系统的控制指令，监测和收费数据等数字信号；●②闭路电视的视频信号；●③程控数字交换电话和紧急电话的语音信息；●④管理部门与车辆用户的多媒体(语音、数据、图像)信息传输；●⑤车辆用户与卫星的通迅信息(从卫星获取GPS信息)。2传输方式●固定端到固定端的通信采用有线传输;●固定端到运动端(如监控中心与车辆)和运动端之间的通信为无线传输。●高速公路有线通信常采用以光缆传输为主干线的多种专用通信系统。其主要包括以下几部分：●(1)光缆数字传输系统近期建造的公路通信系统采用同步数字系列(SDH)自愈环光缆系统；●(2)紧急电话系统●目前为有线、无线两种并存；●(3)移动通信系统建有专用无线移动通信或专用集群移动通信系统；●(4)专用近距微波传输系统车辆用户和公路交通智能化都要求建立车辆与管理部门间的专用近距离多媒体通信，为此，出现专用近距通信技术——厘米波短距通信。电子收费系统已使用这种通信技术，车辆多媒体应用将来也须依靠它。共29页第3页四、公路专用通信系统●专用性强，通信对象主要是公路管理部门内部各个单位和沿线行驶的客户；●需要传输的信号种类繁多，有语音、活动图像、数据和GPS定位信号等；●通信方式繁多，几乎包含当前的所有通信方式；●数据、图像和语音的传输和处理直接相联，计算机直接参与通信是公路通信的特点之一；●要求可靠性高；●公路通信里程约为50～400km，终端通常不超过1000个，可归属小型通信系统范畴；●高速公路通信系统建立分级管理体制，在各管理分中心建有通信分中心。五、高速公路通信特点和要求六、高速公路通信系统的基本组成及功能图像传输数据传输紧急电话指令电话业务电话广播及电台GPS主干线传输：通信主干线，高速公路沿途不同距离、不同部门、不同区域、不同方式的通信连接方式无线信道有线信道传输媒介交通信息视频采集紧急电话微波通信车辆监测车载系统●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。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)；●（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。第二节程控数字交换系统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。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50s以内。第三节数据通信系统2．数据通信系统组成●数据通信系统分为三部分：数据终端设备DTE(DataTerminalEquipment的缩写)、数据电路终接设备DCE(DataCircuit-terminatingEquipment的缩写)和信道。在双向通信中，终端兼具数据信源和信宿功能，形式也多种多样：传真机、打印机、读卡机和计算机等都是终端。3．数据代码和数据信号基本形式●数据终端设备发出的数据信息通常是字母、数字和符号的组合。为了传输数据信息，需要用二进制码元按一定的规则组合表示不同的字母、数字和符号，这些按某种规则组合的码元称为传输代码。在通信发展历史过程中，使用过多种代码，计算机出现后，普遍使用国际5号码。我国根据5号码制订出“信息处理交换用的七位编码字符集”作为同家标准颁布。字符集除了有字母和数字，还有图形和控制字符的代码，所有代码都用七位二进制码元表示，在传送代码时，在最后一位代码后面再加一位监督码元，共有八位。4．数据传输方式●(1)并行传输和串行传输并行传输指一个字符的各个码元位都有自己的专有传输线路，如8条信道可同时传送一个字符。串行传输是一个字符(8位)接一个字符(8位)，一位接一位顺序传送，从发送端到接收端只有一条传输线。串行传输时，接收端能否无差错地接收发来的字符，关键在于能否同步。●(2)异步传输和同步传输为解决串行传输同步问题，存在异步传输和同步传输两种方式。●异步传输：是以字符为单位，字符代码前增加一个起始位“0”；字符代码后，接一个奇偶校验位，一个停止位“1”。这样，一个字符共有10位码元。用这种方式作串行传输时，一个个字符可连续发送，也可单独发送；不发送字符时，保持状态“1”。●同步传输：同步传输是以固定的时钟频率发送和识别字符的，接收端必须先建立与发送端相同的时钟信号。为此，接收端需从发来的数据中提取脉冲频率信号，并用锁相环锁定在此频率上以得到同步。同步传输中，数据发送以组为单位，一组数据包含多个字符或多个独立码元。在成组发送的字符组前面放上一个约定的同步字符“SYN”，同步字符后面的数据字符则没有任何附加位，字符的个数也没有限制，直到出现结束字符(ETB)，整组数据才算传输完毕。5．数据通信网络●将若干地理位置不同的通信终端用通信设备和链路连接起来的通信系统称为通信网络，见图●1）数据通信网结构：通信网的拓扑结构分为总线、树形、星形和环形等，见图。●2）面向终端网：由数据处理中心与分散在各地的终端连成的网路称为面向终端网。这种网通常只能在中心和终端间交换数据，终端和终端间不能直接交换数据。●3）处理中心与终端的连接•常采用耦合器、复用器和调制解调器等设备连接终端和节点。●4）计算机局域网•公路监控中心和收费站监控楼都配置有多台计算机，连同它们的外设如显示器、打印机和键盘等，组成为数颇多的数据终端。这些终端相距不远，它们之间有大量数据需要交换，连接后形成计算机局域网。6．公路数据通信网的特点●1）面向终端通信网•高速公路采用分级管理，下一级是上—级的终端，通常只在中心与终端之间交换数据，终端之间不能直接交换数据，必然形成星形结构的面向终端数据通信网。●2）专用数据通信网•公路通信网普遍架设专用光纤线路组成专用数据通信网。●3）环形链路•高速公路通信网的终端很多，线路甚长，且终端几乎都在同一地理方向；少数终端的通信活动率虽然较高，但平均通信量不大；而且，多数终端的通信活动也并不高。因此，可以使同一地理方向的多个终端•共用一条通信线路，毋须采•用成本高昂的直达链路。从•可靠性考虑，链路可以建成•双环型结构，见图。一．光纤数字通信特点●容量大、频带宽，传输速率高，2.5Gbps光缆线路已在多个国家投入运行；●损耗低，目前100km长的光缆线路无须设立中继站，超大规模集成电路大大减小设备功耗和设备体积，系统成本大幅度下降；●可靠性高，平均误码率低于10-9(光缆长度小于480km)，可用多芯光纤组成自愈环状网，当网络出现故障时，信号被自动切换到备用光缆；●抗干扰性强，光纤传输对外界无干扰，也不接受外界干扰，保密性很好。共29页第3页第四节光纤数字通信系统二、数字通信基础知识1、比特率（bit/s或bps）数字信息量用比特（bit为取对数底数为2；若取自然对数计算，单位则用奈特nit）为单位，用比特率表示一种确定的通信方式，每秒能传输的信息量。比特率单位：K、M、G（目前高比特率已达10G）2、信号传输的复用方式●复用：若干路独立的信号在同一信道中传送。在各类通信，特别是数字通信中，为提高信道利用率，信息传输一般都采用各种复用的方式。●频分复用（FDM）将信道的可用频段分成若干互不交叠的频段，所传输的多路信号分别占据其中一个频段。●时分复用(TDM）将信道的可用时间分成一定顺序排列的时隙，所传输的多路信号分别占据其中一个时隙。信号接收端分别用滤波器、时序电路将多路信号分离再进行终端处理。3、时分复用原理（TDM）将数字信号传输时间划分为互不重叠的时隙，相互独立的多路信号按规律占用各自的时隙，合路成一个复用信号，并在同一信道中传输。n路信号对时间Ts进行时隙分配，各路信号在帧周期Ts内出现一次4、传输制式（传输容量）为获得高比特率（bps）的多路复用信号而采用的不同复用方式。目前采用的制式:●准同步数字系列（PDH）●同步数字系列（SDH）数字信号基本复用单元：64kbps。数字通信中多路复用一般采用时分复用，按不同速率等级标准分为两大系列。北美、日本：64（基本单元）×24（路）＝1.544Mbps欧洲：64×32（路）＝2.048Mbps我国目