摘 要：選擇合適的通信方式是實現(xiàn)小型水電站全面管理和監(jiān)控的關(guān)鍵。本文敘述了小水電站自動監(jiān)控對通信的要求，就單對線路高速對稱數(shù)字用戶線（G.SHDSL）寬帶技術(shù)在小型水電站自動監(jiān)控中的應(yīng)用進行了探討。

關(guān)鍵詞：小水電站自動監(jiān)控;通信;G.SHDSL;數(shù)字復(fù)分接

0 引言

　　在水利水電領(lǐng)域，許多泵站、水電站提出了“無人值班，少人值守”的運行管理模式[1] ，管理人員運用現(xiàn)代通信技術(shù)在指揮調(diào)度中心對各級泵站、水電站的設(shè)備進行遠程控制，對環(huán)境惡劣的工作區(qū)域、水閘區(qū)域設(shè)備進行遠程監(jiān)視，使原先費時費力的工作變得簡單輕松，這一管理模式的提出大大提高了管理的效能。成為目前這一領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。要實現(xiàn)對各級泵站、水電站的遠程監(jiān)控[2]，必然需要對各種信息進行采集、通信和處理，其中對各種信息的采集和處理，由于計算機和各種微控制、微處理技術(shù)的快速發(fā)展，已變得相對容易，而通信問題由于成本因素的影響，成為了這一領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸。因此，選擇合適的通信方式和設(shè)備是實現(xiàn)小型水電站全面管理和監(jiān)測的關(guān)鍵。

　　由于小型水電站一般地處偏遠，因此公用的通信網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋，目前大多數(shù)地區(qū)利用一對雙絞銅線實現(xiàn)了簡單的單路語音通信，隨著自動化監(jiān)視和控制要求的提出，如何解決好數(shù)據(jù)的通信問題，已經(jīng)變得非常關(guān)鍵，我們知道最好的通信方式是利用光纖，但光纖通信存在著設(shè)備復(fù)雜，成本高的缺點?；谛⌒退娬局饕耐ㄐ艑ο笫巧霞壙刂浦行?、調(diào)度所（包括電力調(diào)度、防汛調(diào)度），通信的數(shù)據(jù)量不是特別大，但實時性要求高，通信距離特別遠，現(xiàn)有的公用通信網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋等特點，G.SHDSL通信技術(shù)可較好地滿足了小型水電站的通信要求。本文就G.SHSDL在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了探討。

1 小水電站自動監(jiān)測對通信的要求

　　對水電站提出計算機自動監(jiān)控系統(tǒng)的問題后，相應(yīng)要考慮系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及各子系統(tǒng)之間的聯(lián)結(jié)和通信問題。水電站自動監(jiān)控對通信的要求應(yīng)遵循以下原則：

　?。?）經(jīng)濟性原則

　　考慮具體工程運行管理上的總體經(jīng)濟效益，通信系統(tǒng)成本不能太高。

　?。?）可靠性原則

　　通信系統(tǒng)應(yīng)在低溫、潮濕、風(fēng)塵大、強電磁場干擾等惡劣環(huán)境條件下均能正常工作。

　?。?）可擴性原則

　　通信系統(tǒng)應(yīng)具有當(dāng)代技術(shù)先進性，其硬件設(shè)備和軟件遵循模塊化結(jié)構(gòu)?？梢苑奖愕貙崿F(xiàn)系統(tǒng)擴展、更新和升級。

　　（4）實時性

　　自動監(jiān)控系統(tǒng)是一個實時監(jiān)控系統(tǒng)，必須滿足實時性。

　?。?）開放性原則

　　軟硬件配置注重兼容性和互換性。

2 G.SHDSL在水電站自動監(jiān)控中的應(yīng)用

　　G.SHDSL自動監(jiān)控通信系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。整個系統(tǒng)由話音交換機、網(wǎng)絡(luò)交換機、數(shù)字復(fù)分接器、G.SHDSL線路接入模塊、傳輸網(wǎng)絡(luò)、電話機和計算機等組成。

　　通信的處理器主要完成對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的收發(fā)處理、異步串口的數(shù)據(jù)的分發(fā)和接收、G.SHDSL等各個芯片的管理和控制、用戶接口的信令檢測和控制、狀態(tài)指示的控制等。多數(shù)業(yè)務(wù)接口都可直接由通信處理器擴展得到。例如：以太網(wǎng)接口、USB接口、HDLC接口等。

　　此系統(tǒng)可對水電站運行數(shù)據(jù)進行采集和判斷，一旦監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生異常，即可通過G.SHDSL通信模塊向監(jiān)控計算機發(fā)生報警信息，實現(xiàn)了對水電站運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。同時，G.SHDSL通信模塊可完成多路數(shù)據(jù)終端設(shè)備（如計算機）送來的數(shù)據(jù)按照協(xié)議打包成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)送往網(wǎng)絡(luò)交換機，并可通過E1接口接入到程控交換機完成話音交換。

　　2.1 G.SHDSL技術(shù)

　　2.1.1 G.SHDSL技術(shù)的特點

　　G.SHDSL[3]（Single-pair High Speed DSL，單對線路高速對稱數(shù)字用戶線）是ITU（G991.2標(biāo)準(zhǔn)）推薦的在雙絞銅線上傳輸雙向?qū)ΨQ寬帶數(shù)據(jù)的一種技術(shù)，它提供迄今為止任何DSL技術(shù)具有的功用范圍，能夠用于語音、數(shù)據(jù)和視頻等多種通信傳輸業(yè)務(wù)。

　　G.SHDSL接口電路由一片具有成幀功能的雙通道DSP和一片單路模擬驅(qū)動前端組成[4]，雙通道DSP主要完成TC-PAM編碼、解碼、回波抵消、自動均衡和成幀等功能。模擬驅(qū)動前端主要完成D/A、A/D變換、濾波、線路驅(qū)動、增益控制等功能。其中線路驅(qū)動包括線路的發(fā)送和接收，發(fā)送功放、接收放大、線路阻抗匹配等功能。

　　G.SHDSL的特點如下:

　?。?）支持?jǐn)?shù)據(jù)速率高,傳輸距離遠

　　26AWG電纜上傳輸距離為6000英尺、20000英尺的單線對，對應(yīng)所能支持的數(shù)據(jù)速率分別為2.312Mbps和192Kbps;雙線對操作速率可達4.624Mbps。當(dāng)距離一定時，速率比傳統(tǒng)的對稱DSL高35%至50%;當(dāng)速率一定時，傳輸距離比傳統(tǒng)的對稱DSL提高15%至20%。

　?。?）頻譜兼容性

　　G.SHDSL選擇了TC-PAM調(diào)制技術(shù)，從而確保了與其它基于DSL的服務(wù)（如ADSL）的兼容性。

　?。?）國際互操作性

　　由于采用了TC-PAM以及其它標(biāo)準(zhǔn)要求，推進了G.SHDSL局端與終端設(shè)備的互通性測試工作。

　　（4）傳輸速率自適應(yīng)

　　G.SHDSL是自適應(yīng)的，可以在不同的傳送寬度之間作調(diào)整，隨著傳送距離的不同，實現(xiàn)的傳送速率也不同。

　?。?）成本優(yōu)勢

　　運營商應(yīng)用G.SHDSL技術(shù)時主要是在擴容時增加新的設(shè)備，并不需要替換現(xiàn)有的DSL技術(shù)，另外大部分連接都是點對點的，而非全網(wǎng)的改造，因此投入較低。

　　2.1.2 TC-PAM調(diào)制技術(shù)

　　G.SHDSL采用網(wǎng)格編碼脈幅調(diào)制（TC-PAM）技術(shù)。網(wǎng)格編碼[5]的原理是利用編碼效率為的卷積碼，并將每一碼段的映射為2ⁿ⁺¹個調(diào)制信號集中的一個信號[6]。在接收端信號解調(diào)后經(jīng)反映射變換為卷積碼，再送入維特比譯碼器譯碼，做出判斷的過程是按照形似網(wǎng)格的決策樹進行的，也叫網(wǎng)格編碼調(diào)制。

　　其算法復(fù)雜程度較低，對話音通信時延要求較低，壓縮了傳輸頻譜，提高了抗干擾減少串音的能力，延長了傳輸距離。

　　2.2 同步數(shù)字復(fù)分接

　　水電站自動監(jiān)控通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)和話音的復(fù)接和分接處理可采用同步數(shù)字復(fù)分接技術(shù)。同步數(shù)字復(fù)分接器是由數(shù)字復(fù)接器和數(shù)字分接器組成，數(shù)字復(fù)接器是把兩個或兩個以上的支路同步數(shù)字信號按時分復(fù)用方式合并成為單一的同步數(shù)字信號的設(shè)備;數(shù)字分接器則是把一個合路數(shù)字信號分解為原來的支路同步數(shù)字信號的設(shè)備。同步復(fù)分接是指如果輸入支路數(shù)字信號相對于復(fù)接器的對應(yīng)時鐘信號是同步的，則只需調(diào)整相位就可以實施數(shù)字復(fù)接。同步復(fù)分接有復(fù)接效率較高，復(fù)接損傷較小等特點。

3 系統(tǒng)特點

　　水電站自動監(jiān)控通信系統(tǒng)采用G.SHDSL技術(shù)，與ADSL（不對稱數(shù)字用戶線）HSDL（高速數(shù)字用戶線）技術(shù)相比具有明顯的特點：

　　1） 傳輸質(zhì)量穩(wěn)定

　　G.SHDSL技術(shù)是一種上下對稱DSL技術(shù)，傳輸質(zhì)量穩(wěn)定，適合行業(yè)應(yīng)用。

　　2） 傳輸速率較快、傳輸距離遠

　　單線對傳輸G.SHDSL設(shè)備可在1對或2對普通市話雙絞線上傳輸高達2.3Mbps速率，可以滿足話音、數(shù)據(jù)和圖象等多媒體業(yè)務(wù)需要。傳輸距離遠在1對0.5mm線徑的市話雙絞線上無中繼傳輸2.048Mbps速率可達4.8Km以上,增加中繼可使傳輸距離延長一倍。

　　3）安裝簡單、投資少

　　G.SHDSL安裝采用現(xiàn)有的雙絞線連接，無需另外鋪設(shè)線路，安裝方便。在網(wǎng)絡(luò)要求上不要很大的投入，只需增加G.SHDSL模塊，在用戶端加入綜合接入設(shè)備就可，好處是可以帶來更豐富的接入方式。

　　4）應(yīng)用廣泛

　　G.SHDSL支持多種業(yè)務(wù)類型，傳統(tǒng)DSL技術(shù)主要在TDM模式上選擇傳送方式，而G.SHDSL既可在TDM上又可在ATM、IP的傳送模式下進行傳輸。

　　5）兼容性好

　　G.SHDSL是目前唯一的使不同廠家在同樣標(biāo)準(zhǔn)下真正實現(xiàn)兼容的技術(shù)，能夠在多個供應(yīng)商平臺間實現(xiàn)互操性。

4 小結(jié)

　　綜上所述，在小水電站自動監(jiān)控系統(tǒng)中采用G.SHDSL技術(shù)，利用原有電話雙絞線傳輸媒介，組成一個高速、穩(wěn)定、可靠的信息網(wǎng)，增強自動監(jiān)測能力。因G.SHDSL技術(shù)可提供可變的速率、強大的性能、國際標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)及與其它DSL的頻譜兼容性，此技術(shù)可獲取更大的商用價值。

本文作者創(chuàng)新點：

　　G.SHDSL是ITU推薦的在雙絞銅線上傳輸雙向?qū)ΨQ寬帶數(shù)據(jù)的一種技術(shù)，其優(yōu)勢表現(xiàn)在三方面：（1）G.SHDSL技術(shù)能夠支持多種業(yè)務(wù)類型的應(yīng)用，包括ATM、IP和TDM;（2）傳輸距離遠，相對于HDSL能提高15%——130%;（3）能夠很好地實現(xiàn)和其它廠商間設(shè)備的兼容。

　　小型水電站一般地處偏遠地區(qū)，公用的通信網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋，當(dāng)前大多數(shù)地區(qū)利用一對雙絞銅線實現(xiàn)了簡單的單路語音通信，滿足不了自動化監(jiān)視和控制要求。G.SHDSL技術(shù)的應(yīng)用可成功解決這些問題，而且成本低，效益好，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻：

　　[1]周海波，中小水電站綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計[J]，中國水利水電設(shè)備網(wǎng)，2006

　　[2]李麗 安淑凱，計量站遠程監(jiān)測SCADA系統(tǒng)的設(shè)計分析[J]，微計算機信息，2003 08 28

　　[3]譚飛 郭新 趙彥博，單線對稱高速數(shù)字用戶線，中國數(shù)據(jù)通信[J]，2002 04

　　[4]4-wire Operation Using Globespanvirata SHDSL Chip Sets[J] May,2002

　　[5]金子建，一種實現(xiàn)高性能TCM的卷積編碼器結(jié)構(gòu)，電子學(xué)報[J]，1992 07

　　[6]王興亮等，數(shù)字通信原理與技術(shù)[M]，西安電子科技大學(xué)出版社，2000