如图3-2()所示，主控站与被控站通过专用的链路一对一方式相连。 ◆多点环形配置 如图3-2(b)所示，所有的被控站通过通信相连形成一个环。在这种配置中，主控站可用 两个不同的路由与各个被控站通信。因此当信道在某处发生故障时，主控站与被控站之间的 通信仍可正常进行，通信的可靠性得到了提高。 ◆多点共线配置 如图3-2（©）所示，主控站通过共用线路与若干被控站相连。在这种配置中，同一时刻只 允许一个被控站向主控站发送数据，主控站可选择一个或若干个被控站传送数据，也可向所 有被控站同时传送全局性的报文。 ◆点对多点配置 如图3-2()所示，主控站与若干被控站通过各自的链路相连，在这种配置中，主站能同 时与各个子站交换数据。 ◆多点星形配置 如图3-2（©）所示，主控站与若干被控站相连，同一时间只允许其中一个子站向主站传送 数据。主控站可选择被控站同时传送全局性的报文。 3.3远动信息编码的基本理论 3.3.1抗干扰编码的基本原理 远动通信系统的作用是连接远动终端装置和调度端的远动前置机装置实现数据传输，数 据传输的目的就是为了使电力系统的调度中心与发电厂、变电站和配电站之间能够交换信息 和传送数据。 数据传输系统的组成可抽象为如图3-3所示的模型。 发送端的信息源信号有两种主要类型一随时间连续变化的模拟信号和随时间不连续 变化的离散信号。模拟信号通常是单一正弦波或正弦波的组合，如图3-4()所示的远动信 号波形：离散信号是由在时间上离散出现的脉冲组成，脉冲可以是以单个的固定的周期出现， 也可以是以码组的形式出现，如图3-4(b)所示的远动信号波形。 信源编码的作用是将信息源发出的模拟信号或脉冲信号经过模数转换和信号整理转换 成脉冲编码信号，为了使信号适合于在信道中长距离传送和提高信号的抗干扰能力，由发送 设备进行信道编码并将它调制变换为调制信号后再送入信道传输。 图3-3中的噪声源是信道中的噪声以及通信系统中其他各处噪声的集中表示。由于噪 6
6 如图 3-2(a)所示，主控站与被控站通过专用的链路一对一方式相连。 多点环形配置 如图 3-2(b)所示，所有的被控站通过通信相连形成—个环。在这种配置中，主控站可用 两个不同的路由与各个被控站通信。因此当信道在某处发生故障时，主控站与被控站之间的 通信仍可正常进行，通信的可靠性得到了提高。 多点共线配置 如图 3-2(c)所示，主控站通过共用线路与若干被控站相连。在这种配置中，同一时刻只 允许一个被控站向主控站发送数据，主控站可选择一个或若干个被控站传送数据，也可向所 有被控站同时传送全局性的报文。 点对多点配置 如图 3-2(d)所示，主控站与若干被控站通过各自的链路相连，在这种配置中，主站能同 时与各个子站交换数据。 多点星形配置 如图 3-2(e)所示，主控站与若干被控站相连，同一时间只允许其中一个子站向主站传送 数据。主控站可选择被控站同时传送全局性的报文。 3.3 远动信息编码的基本理论 3.3.1 抗干扰编码的基本原理 远动通信系统的作用是连接远动终端装置和调度端的远动前置机装置实现数据传输，数 据传输的目的就是为了使电力系统的调度中心与发电厂、变电站和配电站之间能够交换信息 和传送数据。 数据传输系统的组成可抽象为如图 3- 3 所示的模型。 发送端的信息源信号有两种主要类型——随时间连续变化的模拟信号和随时间不连续 变化的离散信号。模拟信号通常是单一正弦波或正弦波的组合，如图 3-4（a）所示的远动信 号波形；离散信号是由在时间上离散出现的脉冲组成，脉冲可以是以单个的固定的周期出现， 也可以是以码组的形式出现，如图 3-4（b）所示的远动信号波形。 信源编码的作用是将信息源发出的模拟信号或脉冲信号经过模数转换和信号整理转换 成脉冲编码信号，为了使信号适合于在信道中长距离传送和提高信号的抗干扰能力，由发送 设备进行信道编码并将它调制变换为调制信号后再送入信道传输。 图 3- 3 中的噪声源是信道中的噪声以及通信系统中其他各处噪声的集中表示。由于噪
信息源 信源编码 信道编码 调制器 信道 解调器 信道译码 信源译码 终端 噪声器 图33数据传输系统模型 (b) (c) (a)模拟信号：(b)脉冲信号：(c)脉冲编码信号 图3-4远动信号波形 声的干扰，接收端装置收到的信号有可能不同于发送端装置发出的编码信号，因此，需要进 行抗干扰设计。如何对噪声的干扰引起的错码进行识别和纠正呢？这需要利用信息远动编码 理论进行信道编码来实现，信道编码也称为抗干扰编码。 接收设备把接收到的信号进行解调后送入信道译码进行抗干扰的校验，然后经信源译码 进行远动信息的标度变换，还原成对应的通信中要传送的信源原始信息。 远动信号编码和译码的过程如图3-5所示。 信源 M' 信源编码器 抗干扰编码器 C 信道 抗干扰译码器 信源译码器 接收设备 干扰 图3-5远动信号编码和译码模型 信源的监控信号S经过信源编码器编码后得到远动信息序列M,抗干扰编码器的作用 是根据一定的原则，将k个信息元组成的信息序列M变成+r个码元组成的二进制数字序 列C,C称为码字。因为信源编码是从有效性考虑，它产生的信息序列M是没有抗干扰能 力的，抗干扰编码的目的是提高信息序列M的抗干扰能力，使之能应付信道中的干扰。抗 干扰译码器接收的序列R是码字C经过信道传输的干扰后得到的序列。 抗干扰编码与译码完成以下两项任务： ◆设法检查并纠正R中的传输错误，产生真正发送码字C的估值。 ·变换C为信道序列M的估值M'。 根据抗干扰编码的基本理论设计出的抗干扰编、译码器应根据信道实际存在的干扰类型
7 信息源 信源编码 信道编码 调制器 信道 解调器 信道译码 信源译码 终端 噪声器 图 3- 3 数据传输系统模型 T 0 11 0 1 00 111 000 （a） （b） （c） （a）模拟信号；（b）脉冲信号；（c）脉冲编码信号 图 3- 4 远动信号波形 声的干扰，接收端装置收到的信号有可能不同于发送端装置发出的编码信号，因此，需要进 行抗干扰设计。如何对噪声的干扰引起的错码进行识别和纠正呢？这需要利用信息远动编码 理论进行信道编码来实现，信道编码也称为抗干扰编码。 接收设备把接收到的信号进行解调后送入信道译码进行抗干扰的校验，然后经信源译码 进行远动信息的标度变换，还原成对应的通信中要传送的信源原始信息。 远动信号编码和译码的过程如图 3- 5 所示。 信源 信源编码器 抗干扰编码器 信道 抗干扰译码器 信源译码器 接收设备 S M C R M’ S’ 干扰 图 3- 5 远动信号编码和译码模型 信源的监控信号 S 经过信源编码器编码后得到远动信息序列 M，抗干扰编码器的作用 是根据一定的原则，将 k 个信息元组成的信息序列 M 变成 k+r 个码元组成的二进制数字序 列 C，C 称为码字。因为信源编码是从有效性考虑，它产生的信息序列 M 是没有抗干扰能 力的，抗干扰编码的目的是提高信息序列 M 的抗干扰能力，使之能应付信道中的干扰。抗 干扰译码器接收的序列 R 是码字 C 经过信道传输的干扰后得到的序列。 抗干扰编码与译码完成以下两项任务： 设法检查并纠正 R 中的传输错误，产生真正发送码字 C 的估值。 变换 C 为信道序列 M 的估值 M´。 根据抗干扰编码的基本理论设计出的抗干扰编、译码器应根据信道实际存在的干扰类型
做到以下几点： ◆编出的码字能尽快地在噪声信道上传输，即提高传输率。 ·在传输率一定的条件下，使错误概率尽量小。也就是使码字的抗干扰能力强，保证 在接收端装置能正确地再现信息序列M。最后经过信源译码器使得S'与S保持一致。 抗干扰编码器是如何实现码字的检错和纠错的呢？ 这就需要在数据通信中采用特定的编码方法，将k个信息元组成的信息序列M变成什r 个码字C,码字C可用(k+r,k)来表示，在信息码k位之后，按一定规律附加上r位监督 位，构成k+r位远动信息序列M,连同消息一起传送到接收端。接收端装置收到信息后，检 查收到的码字是否符合预先规定的规则，如果不符合规则，则在传输中受到干扰出错，从而 检查出码字有无错误。 码字的抗干扰能力决定于任何二个码字之间的码距。所谓码距，也称海明距离 (Hamming distance),是指两个长度相同的码字，其相对应的位有可能不同，对应码位上不 相同码元的个数，称为码距。所有可能的码字对之间的码距最小值，称为码字集合的最小距 离，计为dnmm° 例如：k个信息码如果没有加监督码元，可组成2“个码组，所有2个码组中的最小码 距为1，这时如果错一个码元，就成为另一个码字，译码器将无法检验它是否有错。 在编码中的另一个重要概念是码字的海明重量，简称重量。一个码字的重量就是该码字 中非零元素的数目，用W表示，在二进制下就是“1的数目。 C2 2T+1 图3-6码距与纠错能力间的关系 如图3-6所示，C1和C2表示分组码中的两个码字，它们之间的最小码距为2T十1。 当错误少于或等于T时，错误的码组C‘和C2'都在以CI或C2为圆心、T为半径的圆内， 离原来的码字C1或C2的距离<T,离另一码字C2或CI的码距>T十1，故译码器可按照 码距大小进行判断。 通过上述讨论，可得如下结论： 8
8 做到以下几点： 编出的码字能尽快地在噪声信道上传输，即提高传输率。 在传输率一定的条件下，使错误概率尽量小。也就是使码字的抗干扰能力强，保证 在接收端装置能正确地再现信息序列 M。最后经过信源译码器使得 S´与 S 保持一致。 抗干扰编码器是如何实现码字的检错和纠错的呢？ 这就需要在数据通信中采用特定的编码方法，将 k 个信息元组成的信息序列 M 变成 k+r 个码字 C，码字 C 可用（k+r，k）来表示，在信息码 k 位之后，按一定规律附加上 r 位监督 位，构成 k+r 位远动信息序列 M，连同消息一起传送到接收端。接收端装置收到信息后，检 查收到的码字是否符合预先规定的规则，如果不符合规则，则在传输中受到干扰出错，从而 检查出码字有无错误。 码字的抗干扰能力决定于任何二个码字之间的码距。所谓码距，也称海明距离 （Hamming distance），是指两个长度相同的码字，其相对应的位有可能不同，对应码位上不 相同码元的个数，称为码距。所有可能的码字对之间的码距最小值，称为码字集合的最小距 离，计为 dmin。 例如：k 个信息码如果没有加监督码元，可组成 2 k个码组，所有 2 k个码组中的最小码 距为 1，这时如果错一个码元，就成为另一个码字，译码器将无法检验它是否有错。 在编码中的另一个重要概念是码字的海明重量，简称重量。一个码字的重量就是该码字 中非零元素的数目，用 W 表示，在二进制下就是“1”的数目。 2T+1 C1 C C2' ' C2 T T 图 3- 6 码距与纠错能力间的关系 如图 3- 6 所示，C1 和 C2 表示分组码中的两个码字，它们之间的最小码距为 2T 十 1。 当错误少于或等于 T 时，错误的码组 C1´和 C2´都在以 Cl 或 C2 为圆心、T 为半径的圆内， 离原来的码字 Cl 或 C2 的距离＜T，离另一码字 C2 或 Cl 的码距＞T 十 1，故译码器可按照 码距大小进行判断。 通过上述讨论，可得如下结论：
·一个分组码要发现T个错误的充分和必要的条件是： 码字之间的最小距离为dmin=T十1。 ◆分组码要纠正T个错误的充分必要条件是： 码字之间的最小距离为dmin=2T十l。 例如：码字之间的最小距离dmin=10,可以检出9个错误，纠正4个错误。 以上的讨论说明增大码字的最小码距，可以提高其检错和纠错能力，至今各种编码方法 还不能检测或纠正所有可能的错误，但是可以选择一种有效的编码方式来尽可能地发现或纠 正那些经常出现的错误。 利用信道编码进行差错控制可以分为如图37所示的四种基本类型。在下图中深色方 框表示在该端检查出差错。 发端 收端 可以纠正错误的码 FEC 能够发现错误的码 ARQ 应答信号 可以纠正和发现错误的码 HEC 应答信号 数据信息 IRQ 数据信息 图3-7差错控制方式 ◆前向纠错(FEC)：前向纠错方式FEC(Forward Error Correction)是在发送端将 数据信息按一定的规则附加余码元，组成纠错码。 ·自动回询重传(ARQ):这种方式又可称为检错重传、判决反馈或反馈纠错，记 作ARQ(Automatic Repeat Request).。 ·混合差错控制方式(HEC)：如果将FEC和ARQ适当结合起来，就能克服各自的 缺点，这就是混合差错控制方式，也称混合纠错方式HEC(ybrid Error Correction)。 ◆信息反馈(IRQ):也就是信息重传请求RQ(Information Repeat Request),将接 收到的数据原封不动地通过反馈信道送回到发送端。 一个码字中的信息元所占的比重称为编码效率，简称码率。码率为R=。一个码字中， 信息元所占比重越大，则码率越高。 9
9 一个分组码要发现 T 个错误的充分和必要的条件是： 码字之间的最小距离为 dmin=T 十 1。 分组码要纠正 T 个错误的充分必要条件是： 码字之间的最小距离为 dmin=2T 十 1。 例如：码字之间的最小距离 dmin＝10，可以检出 9 个错误，纠正 4 个错误。 以上的讨论说明增大码字的最小码距，可以提高其检错和纠错能力，至今各种编码方法 还不能检测或纠正所有可能的错误，但是可以选择一种有效的编码方式来尽可能地发现或纠 正那些经常出现的错误。 利用信道编码进行差错控制可以分为如图 3- 7 所示的四种基本类型。在下图中深色方 框表示在该端检查出差错。 可以纠正错误的码 发端 收端 能够发现错误的码 应答信号 可以纠正和发现错误的码 应答信号 数据信息 数据信息 FEC ARQ HEC IRQ 图 3- 7 差错控制方式 前向纠错（FEC） ：前向纠错方式 FEC（Forward Error Correction）是在发送端将 数据信息按一定的规则附加余码元，组成纠错码。 自动回询重传（ARQ）：这种方式又可称为检错重传、判决反馈或反馈纠错，记 作 ARQ（Automatic Repeat Request）。 混合差错控制方式（HEC）：如果将 FEC 和 ARQ 适当结合起来，就能克服各自的 缺点，这就是混合差错控制方式，也称混合纠错方式 HEC（Hybrid Error Correction）。 信息反馈（IRQ）：也就是信息重传请求 IRQ（Information Repeat Request），将接 收到的数据原封不动地通过反馈信道送回到发送端。 一个码字中的信息元所占的比重称为编码效率，简称码率。码率为 R=k/n。一个码字中， 信息元所占比重越大，则码率越高
误码率(P)：指错误接收消息的码元数在传输消息的总码元数中所占的比例。 误比特率(Pb)：指错误接收消息的比特数在传输消息的总比特数中所占的比例。 显然，对二进制信号而言，误比特率和误码率是相同的，即： Pb=Pe 误字率(Pw):指错字数在传输总字数中所占的比例。 3.3.2几种常用的抗干扰编码 常用的监督位的编码方法有奇偶校验码、方阵码、线性分组码、循环码等。 (1)奇偶校验码 奇偶校验码是最简单的一种检验码，是针对字符级进行检错的一种方法。它是在原信息 之后，附加一位奇/偶校验位，使字符与校验位中总的“1”和“0”的个数保持奇数或偶数， 保持奇数的叫奇校验，保持偶数的叫偶校验。 若有一个(n,n-1)码，则有=n-1个信息元，为Cn-1,Cn-2,,C1,=1个监督元 为C,当偶数监督时，它们之间的关系为： Cn-1+Cn-2+Cn-3+.+C1=C0(模2) (3-1) 当奇数监督时，它们之间的关系为： Cn-1+Cn-2+Cn-3+..+C2+1=Co(模2) (3-2) 式(3-1)表示监督元是所有信息元的模2相加。这样能保证所编出的每一个码字中“1” 的数目是偶数，故称这种(n,-1)码为偶数校验码（或称偶数监督码）。 式(3-2)可说是所有信息元与一个监督元的模2相加为1，则编出的每一个码字中“1” 的数目是奇数，称这种码为奇数校验码（或称奇数监督码）。奇数校验码或偶数校验码，还 可统称为奇偶校验码（或称奇偶监督码）。 奇偶校验码的最小码距为2，因此，它可以检测1位错误，不可以纠正错误。 (2)方阵码 奇偶校验码可以检测出一组信息序列中错奇数个码元，如果信息码元发生偶数个码元的 错误，此时由于没有破坏奇偶校验码奇偶规律，则奇偶校验码不能检错：而且，奇偶校验码 只能检错，但是不能定位，也即不能确定哪几位有错。对奇偶校验码进行适当的扩展形成的 水平一致校验码和水平垂直一致校验码（也称方阵码）可以增强奇偶校验码的检测能力。 水平一致校验码的编码方法是：把信息码元以适当长度划分成小组，各小组按行排列， 对各行的信息元进行奇偶校验，得到的校验元附在每行的后面，传送时以列传输，首先传送 第一列，再传送第二列，最后送校验元列。如表31所示的例子中信道传送的序列为 10
10 误码率（Pe）：指错误接收消息的码元数在传输消息的总码元数中所占的比例。 误比特率（Pb）：指错误接收消息的比特数在传输消息的总比特数中所占的比例。 显然，对二进制信号而言，误比特率和误码率是相同的，即： Pb＝Pe 误字率（Pw）：指错字数在传输总字数中所占的比例。 3.3.2 几种常用的抗干扰编码 常用的监督位的编码方法有奇偶校验码、方阵码、线性分组码、循环码等。 （1） 奇偶校验码 奇偶校验码是最简单的一种检验码，是针对字符级进行检错的一种方法。它是在原信息 之后，附加一位奇／偶校验位，使字符与校验位中总的“1”和“0”的个数保持奇数或偶数， 保持奇数的叫奇校验，保持偶数的叫偶校验。 若有一个（n，n-1）码，则有 k=n-1 个信息元，为 Cn-1，Cn-2，…，C1，r=1 个监督元 为 C0，当偶数监督时，它们之间的关系为： Cn-1+Cn-2+Cn-3+…+C1=C0 （模 2） （3-1） 当奇数监督时，它们之间的关系为： Cn-1+Cn-2+Cn-3+…+C2+1= C0（模 2） （3-2） 式（3-1）表示监督元是所有信息元的模 2 相加。这样能保证所编出的每一个码字中“1” 的数目是偶数，故称这种（n，n-1）码为偶数校验码（或称偶数监督码）。 式（3-2）可说是所有信息元与一个监督元的模 2 相加为 1，则编出的每一个码字中“1” 的数目是奇数，称这种码为奇数校验码（或称奇数监督码）。奇数校验码或偶数校验码，还 可统称为奇偶校验码（或称奇偶监督码）。 奇偶校验码的最小码距为 2，因此，它可以检测 1 位错误，不可以纠正错误。 （2） 方阵码 奇偶校验码可以检测出一组信息序列中错奇数个码元，如果信息码元发生偶数个码元的 错误，此时由于没有破坏奇偶校验码奇偶规律，则奇偶校验码不能检错；而且，奇偶校验码 只能检错，但是不能定位，也即不能确定哪几位有错。对奇偶校验码进行适当的扩展形成的 水平一致校验码和水平垂直一致校验码（也称方阵码）可以增强奇偶校验码的检测能力。 水平一致校验码的编码方法是：把信息码元以适当长度划分成小组，各小组按行排列， 对各行的信息元进行奇偶校验，得到的校验元附在每行的后面，传送时以列传输，首先传送 第一列，再传送第二列，最后送校验元列。如表 3- 1 所示的例子中信道传送的序列为