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伴随着信息技术和网络技术的不断发展,现代通讯技术在我国得到快速发展。特别是作为现代通讯技术的重要组成部分之一的基于单片机原理的互联网核心技术在我国得以迅猛发展。
就目前现代通讯技术而言,我国现代通讯技术逐渐向基于单片机原理的互联网核心技术方向发展,总体发展前景较为可观。比如,微型计算机是我国现代通讯技术得以不断发展的具体表现,并在一定程度上推动了我国现代网络通讯技术的发展与进步,为单片机与网路通讯技术的研发提供了坚实的理论基础与技术保障。
1 基于单片机原理的互联网核心技术概述
1.1 SOA构架模型
作为传统构架模型的重要组成部分之一的SOA模型,其研究原理主要依托于用户自身需求作为单片机与网络通讯应用研究的方向,将互联网分开部署,相关技术人员和研发人员对互联网进行调试,并将单片机开发原理应用于计算机通讯网络技术中。将SOA构架模型作为基于单片机原理的互联网核心技术领域,其目的是帮助用户保障网络安全与稳定运行。
SOA构架模型实施的目标是帮助研发人员解决互联网技术问题,比如无线信号传输问题、数据安全问题、数据信号连接网问题等。一旦互联网信号和数据安全问题得到保障,基于单片机原理的互联网核心技术的移动终端不仅可以满足用户的需求,保障用户电脑的安全,还可以为进一步解决单片机互联网研发技术中出现的问题提供更多的服务与帮助。
21世纪是一个全球化、信息化和经济化的时代,随着集成电路技术在单片机开发技术中的应用,基于单片机原理的互联网核心技术在我国的贸易、科技领域发展较为迅速。单片机仿真技术的开发原理是依托于集中解决机器和多类I/O暂停系统的技术原理,集中解决机器和多类I/O暂停系统的硅片,将仿真技术的数据存放在硅片上,进而建立一个系统化、全面化、层次化的仿真开发技术系统。而SOA构架模型正是利用了单片机仿真技术和通讯技术原理将基于单片机原理的互联网核心技术进行放大,从而促进单片机互联网技术的发展。
光纤通讯技术始于20世纪70年代,并在之后得以迅速发展。相较于蓝牙技术而言,光纤通信技术的传播速度是蓝牙技术两倍,由最初的10Mb/s发展到现今的10Tb/s。由此可见,我国的光纤通信技术在近几年得到快速发展,其信息传输容量呈现翻倍增长。光纤通讯技术具有多方面的优势,比如重量轻、光纤尺寸小、信号强、干扰弱、保密功能强等等。光纤通讯技术使用的通讯设备材料来源较为丰富,主要采用有色金属铜体材质,便于工作人员进行铺设和运输工作。
除此之外,光纤通讯设备的光缆线使用寿命较长,并且适用于自然环境恶劣的地方,适应性强。实现全网光纤、用光节点代替电接点是我国光纤通信技术发展的方向和目标。用光节点代替电接点可以扩充宽带的最大化,以光节点作为通讯信息传输的有效载体,促使通信信息的高效传输功能的实现。以光节点作为通讯信息传输的有效载体是网络技术和信息化技术发展的趋势,也是实现基于单片机原理的互联网核心技术的途径之一。
2 单片机与网络的通讯应用研究中存在的问题
2.1 网络协议的处理较为复杂 在单片机技术理论进行研究的过程中,要运用任意存放机器设备的协调技术,保证单片机互联网构架模型在模拟平面得以正常施展,调节电能路径。单片机网络技术的应用不但可以减少单片机的成本,节约研发费用和时间成本,还可以减低生产单片机的设定风险。基于单片机原理的网络通讯技术设计原理主要依托于CPU外围设备放入统一芯片中,研发人员以缩小计算机庞大系统的手段达成集成网络系统的目的。
网络协议处理方式不恰当、网络协议的复杂性是单片机在与网络通讯技术进行结合的最大障碍问题。就单从单片机设计原理而言,单片机与网络通讯技术结合的协议主要包括网络物理层相关协议、数据链路层相关协议、物理层与数据链路层之间的协议等。单片机网络协议需要借助以太网RTL8019AS型号控制器实现,而以RTL8019AS型号的以太网作为单片机与网络结合的程序之一,其操作步骤较为复杂,技术性较强。因此就整个单片机技术而言,其操作程序要求较高。
就单片机与网络应用而言,需要研发人员在考虑程序问题的同时考虑TCP IP协议和ICMP协议的兼容性,防止研发人员在操作过程中由于重要问题的疏忽而耽搁时间,进而导致工作效率的低下以及网络生产技术的质量水平不高等现象。
2.2 网络通讯的安全性较差
就我国网络通讯分布和管理特带而言,具有分布不均匀、安全防范措施不当等劣势。比如我国大型通讯网络(电信、网通等)为保障用户安全以及信号传输的稳定性而采取一定的防范措施,如安全认证、防火墙设备等。但是咖啡馆、商场以及一些大型娱乐场所的热点网络没有配备专业的设备管理,并且由于管理人员管理素质水平低下导致网络的安全性和稳定性得不到有效保障,进一步阻碍了我国热点通讯网络的发展。
根据相关调查报告显示,我国网络通讯中一半以上的热点应用存在安全隐患因素,一小部分的网络应用没有进行身份认证,从而导致我国大部分网络处于一个“裸奔”状态。
而随着科学技术的不断发展以及网络信息技术脚步的加快,黑客掌握的计算机技术水平得以逐渐提升。因此大量黑客利用掌握的计算机技术不断破坏计算机网络系统,并采取非法手段以及不正当方式入侵用户电脑窃取用户数据信息资料以及个人隐私。从而严重的安全威胁计算机用户个人电脑,不利于计算机健康稳定运行。
3 优化单片机与网络通讯应用的解决途径
3.1 利用电子设备实施CP IP协议简化
简化协议作为优化单片机与网络通讯应用的途径之一,不仅可以起到降低中心电路的设计难度的作用,还可以达到提高网络运行速度的目的。以电子设备简化IP CP协议这种措施的实质是利用MCU内部芯片达到提高网络运行速度的目的。其实施途径主要依靠网络技术人员将单片机MCU内部芯片与互联网通讯设备进行有效衔接,使单片机应用系统实现互联网通讯光纤技术,并利用光纤技术实现单片机拨号的功能。
利用网络电子设备简化TCP IP 协议具有降低程序操作难度和提高芯片运行速度的等方面的优势。IP TCP协议与MCU内部芯片之间网络运行速度需要保持一致,以免出现单片机应用系统与网络应用系统不能有效统一的情况,进而影响单片机与网络应用的研究效果。
3.2 利用身份认证保护用户安全
就交互式和开放式网络系统而言,其网络数据资料需要管理人员提高自身管理意识,加强身份认证保护措施,提高用户网络的安全性和稳定性。比如采用802.1 X 标准认证或者EAP-FAST身份验证方式对用户计算机进行加密处理密匙和安全定位,为保障用户数据信息的安全与稳定提供保障。采用802.1 X 标准认证或者EAP-FAST身份验证内容主要包括用户信息访问权限、物理地址、标准802.H验证机制、木马软件截获等。
3.3 利用单片机控制网卡
加强单片机与网络通信应用安全防范技术的关键因素是利用单片机控制网卡实现数据交换。利用单片机控制网卡这种方式的目的是提高网络接口的稳定性和安全性,其实施流程主要依托于路由器找寻ISA接口,将网卡与ISA接口进行有效连接,防止网卡信号传输不稳定。比如远程客户端就是利用路由器原理实现计算机驱动程序与物理帧格式之间的自由转换,提高单片机与网络应用的时效性和针对性,促使网络通信数据相互交换的实现。
3.4 制定和实施网络安全制度
制定和实施网络安全制度是保障计算机单片机与网络通讯应用的前提条件。创新计算机病毒防范技术是提高单片机与网络通讯应用运转能力主要途径之一,积极引进国外先进的科学技术加强计算机网络安全防护技术的开发,并根据国内计算机信息管理技术的现状制定、实施相关网络安全制度,为确保单片机与网络通讯应用安全稳定运转提供制度保障。
4 结束语
随着科学技术的不断发展与信息网络技术的不断进步,单片机与网络通信的应用技术在我国得以普遍推广与发展。相比国外通讯技术而言,我国现代化通讯设备技术还不够成熟,还处于发展的初步阶段。因此国家需要引入国外先进技术,实现单片机与网络通信的应用融合。
关键词 光纤通讯;传输方式;分析;改进;策略
中图分类号:TN913 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2014)09-0068-01
光导纤维通信简称光纤通讯,从技术原理上是采用光纤作为信息传播媒介,实现信息通讯,在实际通讯中是采用多组光纤组成光缆,光纤通讯凭其不可取缔的优点应用范围不断推广。然而,在传输过程中却存在一定的血线。这些问题较为复杂,也影响了信息传输的进一步发展,对我国通讯行业发展存在一定的限制。因此,研究光纤通讯传输中的方式有着重要意义本文主要分析了光纤通讯中的传输方式,指出了存在于信息传输的各种问题,并且结合理论知识和工作经验提出了改进措施,为我国光纤通讯发展提供参考。
1 光纤通讯的优点
经过多年的研究总结表明,光纤通讯具有以下几方面的优点。①容量非常大,一条光纤可以通过三万路电路,这是其他通讯设施无法比拟的。②损耗微乎其微,同传统的电缆设备相比,它可以在原有基础上降低60倍的损耗。③安全性高以及保密性强的优势。我们知道,传统电缆设施容易受到外部易燃易爆环境的影响,而光线通讯就可以有效的避免这样的环境,其次,保密性好,即对外辐射基本上没有,而且同一光缆中的新号干扰度也非常小。④质量轻,方便施工,光纤通讯相对电缆通讯而言,质量非常轻。⑤抗电磁干扰性比较强。我们知道,构成光纤的材料不导电,所以抗磁干扰性非常强。⑥抗腐蚀性强。石英材料,具有较强调的抗化学腐蚀性。
2 影响光纤通讯中的传输质量相关问题的分析
通过分析光纤通讯的具体传输方式,能够明确在使用过程中存在缺陷,为未来改进光纤通讯传输提供指导,具体内容如下。
1)传输信号质量。由于光纤在传输过程中存在传输距离增加导致信号质量下降的现象,这反映了信号传输的衰减现象,也是光纤传输的典型特征,这就影响了正常的通讯。根据实际施工情况可知,在发生信号质量下降的情况下发现有使用不规范光纤,对制造光纤质量缺乏有效地监管,从而导致使用中的光纤出现问题,这些因素直接引发通信传输系统的工作质量。
2)附加损耗分析。光纤的耗损能够用影响通信系统及中继站的容量。在光纤传输过程中若存在发生弯曲的光纤,这就会导致传输的射线入射角发生差异,直接导致传输模式的变化,并且,若该情况超过一定的限制,就会导致传输的射线直接出光纤中射出,就产生了相当的附加功耗。附加耗损与光纤弯曲程度有着直接的关系,弯曲曲率越小其损耗也就越大。此外,在熔接光纤处也存在加大的附加损耗,在传输过程中就会导致信号的发散,不能进行正常传输。
3)安装工艺缺乏规范。在进行安装光纤中,若存在工艺失误就会导致产生额外的信号损失,造成光纤传输质量和效率的下降,这些情况与安装工艺水平直接相关。如在安装过程中,一些断面没有采用质量较好的短线以及没有采用先进的技术,造成了线路断面切割不整齐,这就阻碍了光纤通信传输的流畅性、持续性、稳定性。所以,在安装光纤通讯设备时,我们一定要把这方面工作重视起来,对安装传输过程进行规范化管理。
4)外界影响。外界环境对于光纤传播有着重要的影响,这是由于大气效应对传输信号的吸收导致,同时,在雨天、雾天和雪天都会导致信号传输的改变,这就导致信号传输存在偏差,有各种散射和反射影响信号传输。此外,空气中悬浮的各种物质也会影响光线的传输质量,当其附着在光纤上就可能造成氧化作用,降低传输效率。
3 光纤通讯中的传输方式的创新
光纤通讯在现代社会中有着重要的作用,因此,根据光纤传输存在的问题提出改进措施有着重要意义,具体内容如下。
1)实施专业化的技术管理,提高光纤安装-工艺规范标准在影响光纤传输质量和效率的影响因素中,安装工艺有着重要影响,这就要求在未来光纤安装中必须提高工艺要求,严格控制施工工人工艺水平。提高熔融接续水平。实际的光纤接续中,存在较多影响接续操作的因素,这些因素包括光纤自身条件和熔接的工艺。因此,在进行熔接之前,进行光纤质量的检查,剔除几何尺寸和直径存在较大偏差的光纤。其次,提高熔接技术,采用先进的熔接机进行操作,提高熔焊水平。提高切割工艺水平。在进行切割操作中,实现光纤横截面的整齐和光滑存在较大的难度,这就要求提供切割工艺水平,保证切割操作的规范性,采用质量高的切刀,注重切割过程中的光纤截面变化。
2)保证光纤使用质量,进行检验光纤具体指标。所使用的光纤存在质量问题会导致光纤通讯存在问题,这就要求安装前进行光纤质量检验,保证其使用的原始质量。应用ODTR仪器在光缆开盘检验时逐根进行光纤测试,以确定光纤有无断纤和事件点。在配盘时,要注意应尽量在选用相同厂家生产的一批次产品,以便降低接续时产生的接头损耗。
3)减少光纤弯曲程度,降低弯曲影响的损耗。弯曲损耗存在于实际工程中,影响到信号的正常传输。为了保证光纤弯曲不会造成影响,就需要进行控制其弯曲操作,采用规范化的措施提高光纤施工水平。同时,在光纤接头的盘留和固定时,应注意避免硬弯的产生。
4 结束语
光纤通讯在社会中有着广泛的应用,采取规范化的措施提高其传输效率和质量有着重要的意义。在安装光纤中,提高工艺水平,并且保证所使用光纤的质量,就能在一定程度内提供传输质量。
参考文献
[1]姜树森,姜剑锋,高伟.浅谈通信传输的常见问题与技术要点[J].数字技术与应用,2013(06).
关键词:远动通道;串口服务器;DDNS;4G
中图分类号:TN929.5 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2015)33-0106-01
电力调度主站通过远动通道监控变电站运行,远动通道的主要组成部分,就是光纤设备。如光纤设备通讯中断,变电站便失去监控,处于危险状态。网络技术日益兴盛,4G技术取代3G技术已迫在眉睫。如果可以合理使用无线网络技术,便有可能解决光纤全断下的远动通讯问题。
1 变电站通讯结构
变电站通讯结构可分为间隔层、网络层和站控层,三个层次有机结合,并通过光纤通讯系统,完成站内通讯、以及变电站与电力调度主站的通讯。
间隔层包含的各类变电站二次设备,如测控装置、保护装置、故障录播装置、直流系统、交流系统、电度表等。间隔层设备收集变电站一次设备相关运行数据,并管理或监控一个或若干个一次设备的运行。
间隔层接受站控层的监控,把变电站一次设备的运行数据及自身的运行状况上送至站控层,并执行由站控层发出的控制命令。间隔层和站控层之间的连接,通过网络层实现。网络层包含一系列的以太网络、串口网络以及规约转换装置,有效实现间隔层和站控层之间的连接。
站控层负责监控变电站的运行,其设备包括GPS对时装置、后台监控主机、后台监控备机、五防主机、远动设备、以及调度光纤设备。
站控层里的远动设备,通过远动通道,与电力调度主站形成通讯。
目前,远动通道的主要结构为光纤通讯系统。光纤通讯系统能够把变电站、电力调度主站的信息转换为光信号,通过光纤,实现电力调度主站对变电站的监控。
2 远动通道中断隐患及应对方法
在最不理想的情况下,变电站与外界的光纤通讯全断,变电站会与电力调度主站完全失去通讯,造成变电站脱离安全监控。
本文提出使用无线通道代替光纤通讯设备,在变电站光纤通讯完全中断下,维持远动通讯。变电站所在区域,基本都能被电信无线网络覆盖。根据变电站具置无线信号覆盖的情况,选择强度较高的电信通道进行远动通讯,保持远动通道的持续运作。
3 无线远动通道实现方式
本文以101规约远动通道为例,提出无线远动通道的实现方式。从远动通讯模型进行分析,可以用远动机表示变电站,用调度主站服务器表示电力调度中心。在传统远动通讯配置下,远动机和调度主站服务器之间,通过光纤通讯系统进行通讯。在光纤通讯系统中断运作的情况下,可用无线通道进行替代。无线远动通道原理图,如图1所示,远动机通过无线4G网络接入互联网,电力调度主站通过有线或无线方式接入互联网。无线通道的关键设备包括串口服务器、DDNS服务器、4G无线路由器,各部分都为远动无线通道的实现发挥重要作用。
串口服务器在互联网中应用广泛,是远动无线通道的基础部分,能够把远动机输出的串口数据,转换为TCP以太网通信数据,从而让RS-232/422/485串口设备能够进行以太网互联。由于串口服务器支持DNS,所以在本文的研究中,两台串口服务器采用client/server方式互联,通过TCP通信,其中,远动机端设置为服务器,调度主站服务器端设置为客户,访问远动机端域名,设置双方经同一端口通信。
DDNS是远动无线通道的核心,它的关键功能是把远动机映射为互联网服务器。DDNS的优势在于它处理的域名和域名对应的IP地址可以随时动态变化,可以实现IP地址改动时的同步,对侧IP地址变化时,本地地址可以立刻同步。
经过串口服务器和DDNS软件的处理,远动机和调度主站服务器的数据便可以通过无线4G路由器进行通讯。无线4G路由器购买方便,价格简单,并且可以兼容3G网络,让无线远动通道得心应手。
4 无线远动通道的使用规范
传统的远动通道,实现电力调度主站对变电站的监控,监控内容具体包括遥信、遥测、遥控。遥信和遥测,只属于数据的监视。而遥控,则涉及控制变电站的具体运行方式。如使用无线运动通道,监控数据在互联网上流通,难以避免数据的绝对安全。遥信和遥测的数据不会影响变电站的正常运行。可是,如果遥控数据被窃取、修改或进一步利用,便有可能影响变电站运行。因此,有必要为无线远动通道建立使用规范,具体如下:
①在无线远动通道使用过程中,变电站内所有“远方/就地”把手,一律固定在“就地”位置。一旦"远方/就地"把手被固定在“就地”位置,远动通道就失去了控制变电站运行方式的物理通道,从而失去外界控制变电站运行方式的可能性。
②在无线远动通道使用过程中,需安排人员在变电站值守,值守人员负责控制变电站运行方式。在“远方/就地”把手被固定在“就地”位置之后,“遥控”便失去监控变电站的作用,为了让变电站实现实时有效地运作,必须安排人员驻站,管理变电站运行。
5 无线远动通道模拟测试
本研究对无线远动通道进行模拟测试,搭建通讯模型。选用北京四方的CSM-320EW远动机,此远动机具备模拟站内数据上送、接收的功能。使用模拟主站软件模拟电力调度主站。变电站端使用联通4G网络,电力调度主站使用电信4G网络,波特率分别设置为1 200 bps和9 600 bps。测试界面如图2所示:在测试的4 h内,没有发生数据丢失,并且信号上送到电力调度主站不大于1 s,满足远动通道的使用要求。
6 结 语
本文提出了在光纤全断情况下,用无线远动通道解决远动通讯的方法,无线远动通道基于串口服务器技术、DDNS技术和4G无线技术,并辅以无线远动通道的使用规范,从而让无线远动通道更为实用。并且在模拟测试中,证明无线远动通道的可行性。
本文的无线远动通道用于101规约通讯,在日后的研究中,可以把远动通道推广至104规约通讯。另外,无线远动通道暂时未在变电站和电力调度主站之间进行调试,通过变电站基建工程,在变电站和电力调度主站之间进行无线远动通道调试,是下一步研究的方向。
参考文献:
[1] 张淑娥,孔英会,高强.电力系统通信技术[M].北京:中国电力出版社,2009.
[关键词] 电力系统;通讯方式;工作模式
中图分类号:TM73 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)20-0257-01
引言
随着电力工业的迅速发展,电力系统的规模也不断扩大,系统的运行方式越来越复杂,对自动化水平的要求也越来越高,从而促进了电力通讯技术的不断发展。电力通讯涉及的专业资源十分复杂,包括线路资源和设备资源,智能资源和非智能资源,物理资源和逻辑资源。另外,随着电力通讯系统的迅速发展,传输干线的数目也在大幅度的增加,传输系统的容量越来越庞大,导致网络管理、电路调度工作的难度和复杂度不断增加,因而也更加需要可靠的电力通讯系统。
一、载波通讯
一个完整的载波通讯系统,按照功能划分大体可分为调制系统、载供系统、自动电平调节系统、振铃系统和增音系统。其中前4部分是载波机的主要组成部分。
1.载波机。电力线载波机概括起来由4个部分组成:自动电平调节系统、载供系统、调制系统和振铃系统。载波机类型不同,各自系统的构成原理、实现方式等都有所不同。调制系统:双边带载波机传输的是上下两个边带加载频信号,只要经过一级调制即可将原始信号搬到线路频谱;单边带载波机传输的是单边带抑制载频的信号,一般要经过2级或3级调制将原始低频信号搬往线路频谱;自动电平调节系统,此系统的设置是为补偿各种因素所引起的传输电平的波动;振铃系统,为保证调度通讯的迅速可靠,电力线载波机均设置了自动交换系统以完成振铃呼叫自动接续的任务。双边带载波机是利用载频分量实现自动呼叫,单边带载波机则设有专门的音频振铃信号;载供系统,其作用是向调制系统提供所需载频频率。在双边带载波机中,发信端根据调制系统的需要,一般设有中频载频和高频载频,而且收信端除设有一个高频载频振荡器外,中频解调器的载频则主要靠对方端送过来的中频载频,以实现载频的“最终同步”。
2.音频架,高频架。在载波通讯中,如果调度所和变电站相距较远,为了保证拨号的准确性和通讯质量,在调度所侧需安装音频架,而在变电站侧安装高频架,两架之间用音频电缆连接起来。载波机按音频架、高频架分架安装后,用户线很短,通讯质量明显提高,另外给远动通路信号电平的调整也带来方便。同时,话音通路四线端也在调度所,便于与交换机接口组成专用业务通讯网。
二、微波通讯
根据微波站的作用和所承担任务的不同,微波站可分为不同的类型。根据站型的不同,其设备也有所不同。但一般来说,包括以下设备:终端机,收发信机,天馈线,微波配线架,电源,蓄电池和铁塔等。
1.收、发信机。微波收、发信机的主要任务就是在群路信号与微波信号之间进行频率变换。在发信通道中,频率变换过程是将信号的频率往高处变,即上变频。在收信通道中,频率变换过程是将信号的频率往低处变,即下变频。
2.终端机。微波通讯系统中,必须有复用设备作为终端机。其作用是:在发信端,将各用户的话路信号,按一定的规律组合成群频话路信号;在收信端,将群频话路信号,按相应规律解出各个话路信号。
光纤通讯的出现相对来说早一些,是在70年代是发明的一种技术,后来被广泛的使用。它的工作原理是利用光波作为传输媒介,借助于光导纤维进行通信。而且它还具备一下的优点:可利用频带宽、通信容量大、中继距离长、抗干扰、抗辐射、重量轻、节省有色金属等。相对于以上的两种方式,它还具备一些以上系统所不具有的有点,它能够完全的克服发电厂与变电站的电磁干扰,减少或者消除通信设备遭受地电位升高的威胁等。因此光纤通讯设备在电力系统中是目前应该最广泛的。光纤通讯有两大部分组成分别是光纤通讯设备、电力特种光缆。
三、光纤通讯
架空地复合光缆简称OPGW,这也是最早研制成功并且商用的电力特种光缆,其主要是由光单元与地线单元组成。一般光单元中的光纤保护管分为铝合金管结构,主要特征为4芯松套多模光纤,缆芯既可以固定也可不固定;铝骨架结构,最大3O芯紧套光纤,开槽铝骨架纳光单元并且承受测压力;不锈钢管结构,激光焊接小直径钢管,容纳芯数相对较多,余长控制更精准。
自承式光缆简称ADSS,主要是由缆芯、加强芳纶纱与外护套组成。ADSS光缆的结构形式是固定不变的,但是根据光线所在光缆中的不成位置可分为中心管式和层绞式两种结构。两者各有优点,中心管式结构光缆径小,重量轻而层绞式结构易于设计多纤芯和大“光纤余长”。
电力复合光缆(OPPC)则是一种具有相线和光通信双重功能的金属光缆。将三相中的一相换为OPPC光缆,可以形成由两根导线和1根OPPC组合而成三相电力系统,这样的好吃在于不需要另设外架通信线路就可以解决电网自动化、调度、通信、保护等问题。
1.光端机。光端机是光纤通讯系统中主要设备。它由光发送机和光接收机组成。在系统中的位置介于PCM电端机和光纤传输线路之间。光发送机由输入接口、光线路码型变换和光发送电路组成。光接收机由光接收定时再生、光线路码型变换和输出接口等组成。光端机中还有其他辅助电路,如公务、监控、告警、输入分配、倒换、区间通讯和电源等。在实际应用中,为了提高光端机的可靠性,往往采用热备用方法,使系统在主备状态下工作,正常情况下主用部分工作,当主用部分发生故障时,可自动切换到备用部分工作,目前应用较多的是一主一备方式。
2.光中继机。在进行长距离光传输时,由于受发送光功率、接收机灵敏度、光纤线路衰耗等限制,光端机之间的最大传输距离是有限的。例如34Mbit/s光端机的传输距离一般在50~60km的范围,155Mbit/s光端机的传输距离一般在40~55km的范围,若传输距离超过这些范围,则通常需考虑增加中继机,它相当于光纤传输的接力站,这样可以将传输距离大大的延长。通过光中继机的作用可知,光中继机应由光接收机、定时、再生和光发送等电路组成。
3.数字通讯设备。一般来说,数字通讯设备包括PCM基群和高次群复接设备。PCM基群设备是将模拟的话音信号通过脉冲编码、调制,变成数字信号,再通过数字复接技术,将多路PCM信号变成一路基群速率为2048Mbit/s信号进行传送,以及将收到的PCM基群信号通过相反的处理过程,还原成模拟的话音信号的一种设备。
结束语
我国经济的飞速发展与人们生活水平提高对用电量的增加使电力系统面临着巨大压力,电力系统又是一个国家重要的组成部分,所以只有国家的电力系统安全稳定,才能使人们的生活更加便捷,使国家的经济更快的发展。但是我国的目前电力系统也再不断的进行改革,通讯技术也在突飞猛进的进步,电力设备水平也在不断的提高,因此要确保通信人员充分的应该系统,要规范其工作流程以及加强设备的管理。从而我总结分析了电力系统通讯常用的方式以及它们的工作模式,目的就是为了让工作人员更加了解电力通讯的运行特点。
参考文献
[1] 张淑娥,孔英会,高强.电力系统通信技术[M].北京:中国电力出版社,2013.
[2] 刘有森.积极依靠科学技术进步 开创我省电力工业新局面[J].黑龙江电力.2011(01).
[3] 杨顺昌.21世纪电力系统和电工新技术的发展与展望[A].四川省电工技术学会电机专业委员会二一一年第十三届学术年会论文集[C].2011.
关键词:光电检测 灵敏度 光纤传感 光纤通讯
中图分类号:O359 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2014)02(a)-0099-02
随着光纤通讯信息量的增大,人们对光电检测器的要求也越来越高,主要要求其具有高的可靠性和灵敏度,以及低成本,同时要求光电检测器的光敏面应与光纤芯径匹配。光电检测器一般使用半导体材料制成。该文介绍了光检测原理,并分析了光电检测器的设计要求和常见分类。
1 光检测原理
所谓光检测过程,也就是受激光吸收的过程。如图1所示,假如入射光子的能量超过禁带能量,只有几微米宽的耗尽区每次吸收一个光子,将产生一个电子空穴对,发生受激吸收。结施加反向电压的情况下,受激吸收过程生成的电子―空穴通过对电场的作用,分别离开耗尽区,电子向N区漂移,空穴向P区漂移,空穴和从负电极进入的电子复合,电子则离开N区进入正电极。从而在外电路形成光生电流。当入射功率变化时,光生电流也随之线性变化,从而把光信号转变成电流信号。光生电流与产生的电子空穴对和这些载流子运动的速度有关。也就是说直接与入射光功率成正比[1],即 (1)
在公式(1)中,R表示光电检测响应度(用A/W表示)。由此式可以得到
在公式(4)中,λ=c/υ是指入射光波长,用μm表示,c=3×10m/s是真空中的光速。上式表示光电检测器响应度随波长而增加,这是因为光子能量hν减小时可以产生与减少的能量相等的电流。R和λ的这种线性关系不能一直保持下去,因为光子能量太小时将不能产生电子。当光子能量变得比禁带能量小时,无论入射光多强,光电效应也不会发生,此时量子效率下降到零,也就是说,光电效应必须满足条件。
2 光电检测器的设计要求
为了满足应用的需求光电检测器设计时应满足:(1)能检测出入射在其上面的光功率,并完成光/电信号的转换;(2)灵敏的响应度,要求在有入射功率进入时,能输出足够大的光电流;(3)要求光电检测器件的噪声低,这样避免了其本身对检测输出信号的影响;(4)具备良好的线性关系,以保证在信号转换的过程中数据的准确性;(5)要求其低成本及耐用,具有较长的工作寿命等。
3 数字光通讯中常用的三种光检测器
当前,在数字光通讯中常用的光电检测器主要有三种:PIN光电二极管、APD雪崩光电二极管和MSM(金属-半导体-金属)光检测器。
(1)PIN光电二极管
PIN光电二极管的特点主要是工作性能稳定,所要求的供电电压低,但其响应频率高,可高达10 GHz,同时响应速度快,因此被广泛使用。在使用材料上,由于PIN光电二极管在P型、N型半导体之间的I层,使用了轻掺杂的N型材料,这样一来,其电子浓度相对来说很低,这样经过扩散后便会形成一个很宽的耗尽层,约有5~50 μm可吸收绝大多数光子,因此,大大地提高了PIN光电二极管的转换效率和响应速度。
图2为PIN光电二极管的能带简图,在图2中,自由电子―空穴对(称为光生载流子)主要通过能量大于或等于带隙能量的光子将激励价带上的电子吸收光子的能量而跃迁到导带上来产生。在耗尽区的高电场使得电子―空穴对立即分开并在反向偏置的结区中向两端流动,然后在边界处被吸收,从而在外电路中形成电流,完成光检测的整个过程。
PIN型光电二极管的主要参数,①开关时间:由于电荷的存储效应,PIN管的通断和断通都需要一个过程,这个过程所需时间;②隔离度:开关在断开时其衰减也非无穷大,称为隔离度;③插入损耗:开关在导通时衰减不为零,称为插入损耗;④承受功率:在给定的工作条件下,微波开关能够承受的最大输入功率;⑤电压驻波系数:仅反映端口输入,输出匹配情况;⑥开关的分类:反射式和吸收式,吸收式开关的性能较反射式开关优良;⑦控制方式:采用TTL信号控制,‘1’通‘0’断。
(2)APD雪崩光电二极管
与PIN光电二极管相比,APD雪崩光电二极管的灵敏度更高,响应也更快,但它在工作时对电压要求高,而且当入射光功率比较大时,相应的增益引起的噪声也大,如此一来会带来电流的失真。APD雪崩光电二极管的设计动机[3]:在光生电流尚未遇到后续电路的热噪声时已经在高电场的雪崩区中得到放大,对接收机灵敏度的提高起到了帮助的作用。
保护环型APD(Guard ring APD)在制作时先淀积一层环形N型材料,然后高温推进形成一个深的圆形保护环,是保护环和P区之间形成浓度缓慢变化的梯度接面,以防止在高反压时使P-N结边缘产生雪崩击穿。GAPD具有很高的灵敏度,但是其雪崩增益与负向偏压之间的非线性关系很显著。要想得到足够大的增益,就必须使GAPD在接近击穿电压的情况之下,但是击穿电压对温度的变化又十分敏感。因此,为使GAPD在环境温度变化的时候也能保持稳定的增益。就要设法控制GAPD的负向偏压,拉通型雪APD ( Reach-through APD )也就是为此目的而设计的。
APD随使用的材料不同有几种:Si-APD(工作在短波长区);Ge-APD和InGaAs-APD(工作在长波长区)等。
(3)MSM光检测器
MSM是20世纪70年代末出现的一种高速光检测器,是在硅材料上直接沉积叉指状金属电极,金属电极与硅材料形成肖特基势垒接触[4]。当适当波长的光入射时,硅材料价带电子吸收光子能量而跃迁到导带上去,在导带和价带之间产生电子-空穴对。外加偏压下,光生电子-空穴对在叉指电极之间电场作用下经过漂移或扩散等运动被叉指电极俘获,形成光生电流。MSM光检测器的分布电容小,暗电流低,在结构和制造工艺方面与金属半导体场效应晶体管(MESFET),高电子迁移率晶体管(HEMT),异质结双极型晶体管(HBT)等晶体管兼容。MSM的响应速度可高达100 GHz,已广泛应用于各种高速光探测系统中。
4 结语
光检测器的发展与光通讯的发展息息相关,该文对几种光检测器的性能、基本原理、优缺点作了简要的阐述,对数字光通讯中光检测器件的选择有一定指导意义。
参考文献
[1] 毕卫红,张燕君,齐跃峰.光纤通讯与传感技术光纤通讯与传感技术[M].北京:电子工业出版社,2008:130-158.
[2] 白宗杰,陈世军,.单光子雪崩二极管探测系统测试与设计分析[J].器件制造与应用,2010,10(3):775-779.