任務一：高速公路通信系統認知

知識目標了解高速公路通信系統概述、系統組成及功能；掌握數據通信、光纖數字通信、程控數字交換等子系統的組成及原理；掌握視頻圖像傳輸、緊急電話、移動通信等系統的組成與功能；了解高速公路數據通信網的特點及結構；掌握高速公路通信系統設備、相關線纜及系統安裝調試；掌握高速公路通信系統中常見設備故障排除和管理技能目標會描述高速公路通信系統的組成及功能；知道各通信子系統的基本組成及工作原理；認知高速公路通信系統典型設備及設備連線；熟悉高速公路通信系統與設備常見故障診斷與排除方法高速公路通信系統是高速公路建設中的重要配套項目和基礎設施組成部分，它為高速公路各級部門的運營、管理以及沿線設立的收費、監(jiān)控系統提供話音、數據和圖像的傳輸，是實現高速公路快速、安全、高效運行的重要保障。（一）高速公路通信網規(guī)劃原則高速公路通信網的規(guī)劃應符合我國通信技術、政策的規(guī)定，符合我國現行國標和交通部行業(yè)標準、規(guī)范的要求。高速公路通信網應統一規(guī)劃、實施和統一管理。根據高速公路建設和開通運營的進程，應實現全省統籌安排，分路分期實施以及逐步全省聯網的原則。省級高速公路網應充分考慮地區(qū)和各路段的業(yè)務要求，地區(qū)和全路段應服從省網總體規(guī)劃的要求，省網應為交通部全國通信聯網和與相鄰省際聯網預留必要的光纖、電路和接口。高速公路通信網建設規(guī)模應立足于公路專網業(yè)務需求。主要為高速公路收費系統、監(jiān)控系統和道路運營管理服務。網絡系統容量應滿足近期需求并預留一定余量，在主要干線和瓶徑路由應適當擴大系統容量。充分考慮當今通信技術迅速發(fā)展的趨勢，網絡系統設計應采用模塊化結構，可以平滑升級，系統應具有可擴展性。高速公路通信網建設標準應立足于高科技或高技術平臺，主要采用光纖數字傳輸和數字程控交換機等先進技術。省高速公路通信專網應建設為集話音、數據、圖象和文本等綜合業(yè)務和網絡自動管理的綜合通信網，根據現代通信技術發(fā)展，再逐步建成寬帶綜合業(yè)務數字網。（二）高速公路通信系統的特點通信是高速公路工程的重要組成部分，它為高速公路營運管理與收費，監(jiān)控系統的話音、傳真、數據、圖像等信息的傳遞提供專用通道；它是保障高速公路安全、高速、暢通、舒適、高效運營及實現現代化交通管理必不可少的手段；它在高速公路管理系統中起著中樞神經系的作用；并為以后高速公路的聯網收費、聯網管理提供技術支持。1多業(yè)務2光纖化程度高3傳輸數字圖像4可靠性高5技術先進6擴展性好7開放性8集中網管通信系統主要為運營管理及監(jiān)控、收費系統提供傳輸平臺實現監(jiān)控系統和收費系統的數據、話音和圖象等信息準確而及時的傳輸，要保持高速公路管理部門之間業(yè)務聯絡通信的暢通，并要為高速公路內部各部門與外界建立必要的聯系高速公路通信系統主要由以下幾部分構成：光纖數字傳輸系統（基于SDH的話業(yè)務和高速公路收費監(jiān)控系統的圖像、傳真和其他數據的非話業(yè)務提供傳輸通道）程控數字交換系統（含指令電話系統）緊急電話系統數據圖像傳輸系統移動通信系統以通信電源系統（三）高速公路通信系統結構（三）高速公路通信系統結構光纖數字傳輸系統為高速公路沿線設施（諸如程控交換機、業(yè)務電話）之間提供話務通信，它還為監(jiān)控，收費系統的數據、傳真、圖像等非話業(yè)務提供傳輸通道程控數字交換系統為高速公路沿線提供業(yè)務電話和指令電話，由通信中心的一套匯接局數字程控交換機及若干用戶（沿線各管理設施內）組成.負責交換機的運行維護緊急電話系統為高速公路上駕駛員提供一個直接呼救求援的專用通信系統，該系統在監(jiān)控中心設緊急電話控制中心，控制本管理區(qū)域內的所有緊急電話，是一個獨立的系統。數據圖像傳輸系統監(jiān)控系統在各站的綜合業(yè)務接網的ONU設備業(yè)務通道中提供足夠的2/4WVF接口移動通信系統為高速公路調度通信服務，一般采用800MHz集群，下設基站通信電源系統負責采集本站電源設備運行信息，并把采集到的電源設備運行狀況信息利用傳輸系統提供的話路傳到通信中心的電源網管維護終端圖4-1高速公路通信系統構成圖光纖數字傳輸系統光纖數字傳輸系統是為高速公路沿線設施（諸如程控交換機、業(yè)務電話）之間提供話務通信，它還為監(jiān)控，收費系統的數據、傳真、圖像等非話業(yè)務提供傳輸通道。光傳輸系統大多基于SDH。SDH:同步數字體系——適應動態(tài)聯網要求，支持新業(yè)務的開發(fā)和現代網絡管理。PDH:準同步數字體系——適應傳統的點對點網絡通信要求。ADM分插復用器——在SDH網絡傳輸系統中直接分出或插入支路信號，聯合或多元一些較低速數據流進入到一個單數光傳輸系統，節(jié)省大量的復接和分接設備，減少信號損失，是一種長距離的核心網絡，也是短距離的嵌入式網絡。PSDN：PacketSwitchedPublicDataNetwork，分組交換公用數據網。DDN：DigitalDataNetwork，數字數據網，即平時所說的專線上網方式。光接入網（OAN）光網絡單元（ONU）SDH:同步數字體系——適應動態(tài)聯網要求，支持新業(yè)務的開發(fā)和現代網絡管理。PDH:準同步數字體系——適應傳統的點對點網絡通信要求。ADM分插復用器——在SDH網絡傳輸系統中直接分出或插入支路信號，聯合或多元一些較低速數據流進入到一個單數光傳輸系統，節(jié)省大量的復接和分接設備，減少信號損失，是一種長距離的核心網絡，也是短距離的嵌入式網絡。緊急電話系統緊急電話系統由緊急電話控制臺、傳輸線路(傳輸媒質)和緊急電話分機三個部分組成。緊急電話系統構成如下圖所示。數據圖像傳輸系統外場設備與監(jiān)控中心之間的數據傳輸是通過電纜、ONU音頻道完成。監(jiān)控系統在沿線設置了一定數量的攝像機，各攝像機的圖像和控制信號均要傳到監(jiān)控中心。通信系統負責為各攝像機圖像和控制信號傳輸提供光纜，各攝像機的視頻和控制信號復用后采用光纖傳輸方式，通信系統為每個攝像機提供一芯光纖。移動通信系統移動通信系統是為高速公路調度通信服務的，一般采用800MHz集群，下設基站。由于沿高速公路有光傳輸通信系統，因此基站之間的聯網都使用此光纜鏈路，只需在綜合業(yè)務接入網的光網絡單元（ONU）和光線路單元設備上設音頻接口板即可。通信電源系統高速公路沿線的通信電源系統配置一套獨立的電源網管系統，電源網管系統的監(jiān)控終端設在通信中心。電源設備配備監(jiān)控模塊，負責采集本站電源設備運行信息，并把采集到的電源設備運行狀況信息利用傳輸系統提供的話路傳到通信中心的電源網管維護終端。（四）高速公路通信業(yè)務組成高速公路通信業(yè)務主要由話音、數據和圖像三種業(yè)務組成。（一）電話業(yè)務的接入高速公路電話業(yè)務包括業(yè)務電話BT、指令電話CT及傳真FAX，由交換機ZXJ10（程控數字交換機的一種類型）及接入網ZXA10（光纖用戶端設備）來完成這些業(yè)務，如圖所示。（二）數據業(yè)務接入

高速公路數據業(yè)務包括：（1）收費數據：從收費站上傳至分中心的收費數據。（2）管理數據：從分中心下到至收費站的費率、時鐘、收費員工號口令等管理數據。（3）路面監(jiān)控數據：有車輛檢測器、能見度探測器等外場設備產生的上傳至分中心的監(jiān)控數據，由控制中心下達至可變情板、交通燈等外場設備的控制數據等。收費數據和管理數據可通過收費站與分中心的局域網互連進行傳送。分中心與收費站局域網互連STM.1是以SDH的基本速率（155.52Mb/s）的第1級同步傳輸模塊。路面監(jiān)控數據通道示意圖Modem:調制解調器，A/D轉換器（三）圖像業(yè)務的接入收費車道、收費亭、收費廣場及關鍵路面采集的圖像均采用模擬視頻信號方式傳送至收費站監(jiān)控室。在收費站至收費中心遠距離圖像傳輸可采用數字技術，利用數字壓縮編碼方式MPEG—2，可以將收費站監(jiān)控室上傳的圖像壓縮編碼。在SDH傳輸系統上傳送至分中心監(jiān)控室。經解碼后還原成圖像。實施對全線高速公路的圖像監(jiān)控，實現圖像、語音與數據“三網合一”功能。監(jiān)控圖像傳輸通道示意圖（四）高速公路通信系統運行1、程控數字交換系統運行【系統簡述】存儲程序控制交換機，簡稱為程控交換機，是將用戶的信息和交換機的控制,維護管理功能預先變成程序，存儲到計算機的存儲器內.當交換機工作時，控制部分自動監(jiān)測用戶的狀態(tài)變化和所撥號碼,并根據要求執(zhí)行程序,從而完成各種交換功能按用途可分為市話、長話（國內和國外）和用戶交換機（單位內部用戶的相互通話）；按接續(xù)方式可分為空分和時分交換機按信息傳送方式可分為：模擬交換機和數字交換機?！咎攸c】體積小，重量輕，功耗低能靈活的向用戶提供眾多的新服務功能工作穩(wěn)定可靠，維護方便系統還可方便地提供自動計費，話務量記錄，服務質量自動監(jiān)視，超負荷控制等功能便于采用新型共路信號方式易于與數字終端，數字傳輸系統聯接，實現數字終端，傳輸與交換的綜合與統一高速公路通信系統主要為運營管理及監(jiān)控、收費系統提供傳輸平臺，也是高速公路現代化管理的支撐系統，它要實現監(jiān)控系統和收費系統的數據、話音和圖像等信息準確而及時的傳輸，要保持高速公路管理部門之間業(yè)務聯絡通信的暢通，并要為高速公路內部各部門與外界建立必要的聯系。因此通信系統是實現高速公路現代化管理必不可少的基礎設施。CCITT是國際電報電話咨詢委員會的簡稱，它是國際電信聯盟（ITU）的常設機構之一（四）高速公路通信系統運行1、程控數字交換系統技術【話音信號數字化技術】數字交換系統可以直接處理、傳送和交換數字信息，與模擬交換系統相比，抗干擾性強，易于時分多路復用，便于加密，適于信號處理和控制，便于引入遠端集線器，易于集成容量大阻塞低的數字交換網絡，并有利于實現數字交換與數字傳輸的直接聯接，構成綜合數字網(IDN),為向綜合業(yè)務數字網（ISDN）

過渡奠定基礎。目前的通信網仍然以模擬為主，用戶終端多為模擬話機。因而來自用戶線的話音要進入數字交換機，需先在用戶接口電路進行模數轉換，將模擬話音編碼成數字話音?！緯r分多路復用技術】為提高傳輸信道的利用率，通常采用多路時分復用技術（multiplex）將若干路信息綜合于同一信道進行傳送。目前常用的復用方式主要有兩大類：頻分復用（FDM）與時分復用（TDM），它們分別按頻率或時間劃分信道1、程控數字交換系統組成【程控交換機系統基本構成】電話交換機的主要任務是實現用戶間通話的接續(xù)程控交換機系統話路設備接口電路交換網絡控制設備縱橫制交換機標志器記發(fā)器程控交換機電子計算機（四）高速公路通信系統運行1.交換網絡交換網絡的基本功能是根據用戶的呼叫要求，通過控制部分的接續(xù)命令，建立主叫與被叫用戶間的連接通路。在縱橫制交換機中它采用各種機電式接線器（如縱橫接線器，編碼接線器，笛簧接線器等）。在程控交換機中目前主要采用由電子開關陣列構成的空分交換網絡，和由存儲器等電路構成的時分接續(xù)網絡。2.用戶電路用戶電路的作用是實現各種用戶線與交換之間的連接，通常又稱為用戶線接口電路（SLIC,SubscriberLineInterfaceCircuit）。根據交換機制式和應用環(huán)境的不同，用戶電路也有多種類型，對于程控數字交換機來說，目前主要有與模擬話機連接的模擬用戶線電路（ALC）及數字話機，數據終端（或終端適配器）連接的數字用戶線電路（DLC）。3.出入中繼器出入中繼器是中繼線與交換網絡間的接口電路，用于交換機中繼線的連接。它的功能和電路與所用的交換系統的制式及局間中繼線信號方式有密切的關系。對模擬中繼接口單元（ATU），其作為是實現模擬中繼線與交換網絡的接口，基本功能一般有：發(fā)送與接收表示中繼線狀態(tài)(如示閑，占用，應答，釋放等)的線路信號。轉發(fā)與接收代表被叫號碼的記發(fā)器信號。供給通話電源和信號音。向控制設備提供所接收的線路信號。4.控制設備控制部分是程控交換機的核心，其主要任務是根據外部用戶與內部維護管理的要求，執(zhí)行存儲程序和各種命令，以控制相應硬件實現交換及管理功能。程控交換機控制設備的主體是微處理器，通常按其配置與控制工作方式的不同，可分為集中控制和分散控制兩類。為了更好的適應軟硬件模塊化的要求，提高處理能力及增強系統的靈活性與可性，目前程控交換系統的分散控制程度日趨提高，已廣泛采用部分或完全分布式控制方式。2、數據通信系統運行【數據通信系統概念與基本組成】數據通信是計算機與計算機或計算機與終端之間的通信。數據通信系統是將快速傳輸數據的通信技術和數據處理、加工及存儲的計算機技術相結合，從而給用戶及時準確的提供數據一種系統。在計算機網絡通信中，數據通信系統主要涉及到兩個實體和一個通信信道，它們就是源系統、目的系統和傳輸系統。目的系統傳輸系統源系統源系統就是發(fā)送信號的一端包括源站（產生數據的服務器或計算機）發(fā)送器（數據進行編碼設備）是網絡通信的信號通道（雙絞線、同軸電纜，光纖，光纜）還包括線路上的交換機和路由器等設備目的系統就是接收發(fā)送端所發(fā)送的信號的一端，包括目的站和接收器（四）高速公路通信系統運行2、數據通信系統運行【數據通信系統的基本模型】（四）高速公路通信系統運行數據通信系統是通過數據電路將分布在異地的數據終端設備與計算機系統連接起來，實現數據傳輸、交換、存儲和處理的系統。典型的數據通信系統模型由數據終端設備、數據電路和計算機系統三部分組成數據電路DTE1.數據終端設備（DTE）在數據通信系統中，用于發(fā)送和接收數據的設備稱為數據終端設備（簡稱DTE）。DTE可能是大、中、小型計算機，也可能是一臺只接收數據的打印機，所以說DTE屬于用戶范疇，其種類繁多，功能差別較大。從計算機和計算機通信系統的觀點來看：終端是輸入/輸出的工具；從數據通信網絡的觀點來看：計算機和終端都稱為網絡的數據終端設備，簡稱終端。通信控制器：計算機與計算機或計算機與終端間的通信，收發(fā)雙方的同步、差錯控制、傳輸鏈路的建立、維待和拆除及數據流量控制等功能由網絡通信控制器來完成。而網絡控制器通過協議軟件來實現。2.數據電路終接設備（DCE）用來連接DTE與數據通信網絡的設備稱為數據電路終接設備（DCE），該設備為用戶設備提供入網的連接點。DCE的功能就是完成數據信號的變換。因為傳輸信道可能是模擬的，也可能是數字的，DTE發(fā)出的數據信號不適合信道傳輸，所以要把數據信號變成適合信道傳輸的信號。3.數據電路和數據鏈路數據電路指的是在線路或信道上加信號變換設備之后形成的二進制比特流通路，它由傳輸信道及其兩端的數據電路終接設備（DCE）組成。碼型轉換：在電纜、光纖等線路傳輸中，必須選用適合于信道傳輸的電脈沖波形來表示（或者說攜帶）數字消息代碼。通常，把電脈沖存在的形式稱為（線路）碼型，把消息代碼的電脈沖表示過程稱為碼型變換。電平轉換：為適應不同的信號要傳輸不同的信道先需要電平轉換，如3V電平轉換5V電平等。電平轉換由邏輯通信電路芯片來完成。傳輸信道除有模擬和數字的區(qū)分外，還有有線信道與無線信道、專用線路與交換網線路之分。交換網線路要通過呼叫過程建立連接，通信結束后再拆除；專線連接由于是固定連接，所以無需上述的呼叫建立與拆線過程。計算機系統中的通信控制器用于管理與數據終端相連接的所有通信線路。中央處理器用來處理由數據終端設備輸入的數據。2、數據通信系統運行【數據通信的幾個專用術語】信息Information數據Data信號Signal信道channel（四）高速公路通信系統運行客觀世界在人腦海中的反映，表示數據的一種載體。信息的符號表示及信息的具體表現形式。數據在傳輸過程中電信號的表現形式。（模擬與數字）通信雙方以傳輸媒介為基礎的傳遞信號的通道。2、數據通信系統運行【數據通信中的幾個技術指標】數據傳輸速率傳輸寬帶時延和時延帶寬乘積誤碼率數據通信系統的數據傳輸（四）高速公路通信系統運行單位時間內傳輸的信息量每秒鐘傳輸的最大字節(jié)數，信道的最大傳輸速率信息從網絡的一端傳送到另一端所需的時間。時延=“處理時延”+“傳播時延”+“發(fā)送時延”。二進制數據位傳輸時出錯的概率，是衡量數據通信系統的傳輸可靠性的指標（1）數據傳輸模式數據傳輸有幾種劃分方式：有基于數據信號類型進行劃分的，有基于同時傳輸的數據位來劃分的，還有基于數據傳輸方向進行劃分的。在基于數據信號類型進行劃分為基帶方式（BasebandTransmission）和寬帶方式（WidebandTransmission）?；鶐Х绞接糜跀底中盘杺鬏敚恍枵{制，編碼后的數字脈沖信號直接在信道上傳送。常用的傳輸媒體有雙絞線或同軸電纜，例如以太網；而寬帶模式用于無線電頻率范圍內的模擬信號的傳輸，數字信號需調制成頻帶模擬信號后再傳送，接收方需要解調，常用介質有同軸電纜，如通過電話模擬信道傳輸和閉路電視的信號傳輸。數據傳輸按信息的同一時刻數據傳送方向可分為：單工、半雙工和全雙工三種傳輸方式，單工數據傳輸指的是兩個數據站之間只能沿一個指定的方向進行數據傳輸。（2）數據同步數據同步的目的是使接收端與發(fā)送端在時間基準上一致（包括開始時間、位邊界、重復頻率等）。目前數據同步主要有三種同步方法：位同步、字符同步和幀同步。位同步的目的是使接收端接收的每一位信息都與發(fā)送端保持同步，有下面兩種方式。外同步：發(fā)送端發(fā)送數據同時發(fā)送同步時鐘信號，接收方用同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。自同步：通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），這些數據編碼信號包含同步信號，接收方從中提取同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。字符同步是以字符為邊界實現字符的同步接收的，也稱為“起止式”或“異步制”。每個字符的傳輸需要：1個起始位、5～8個數據位和2個停止位。幀同步方式是以識別一個幀的起始和結束來同步的。幀（Frame）是數據鏈路中的傳輸單位，包含數據和控制信息的數據塊。3、光纖數字通信【光纖系統基礎知識】基本光纖系統由.發(fā)送單元、傳輸單元、接收單元和連接器組成的。發(fā)送單元：把電信號轉換成光信號；傳輸單元：載送光信號的介質；接收單元：接收光信號并轉換成電信號；連接器件：連接光纖到光源、光檢測以及其它光纖（四）高速公路通信系統運行3、光纖數字通信【光纖通信系統功能】發(fā)送端的電端機接收端的電端機發(fā)送端的光端機發(fā)送端的接收端機對來自信源的模擬信號進行A/D變換，將各種低速率數字信號復接成一個高速率的電信號進入光端機的發(fā)送端將高速電信號進行分接，變成低速信號或進行D/A變換還原成原信號