PCM在电力通信系统中的应用.docx

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PCM在电力通信系统中的应用

PCM-在电力通信系统中的应用

RC3000-15在电力通信系统中的应用

摘要：

结合电力系统通信的要求和特点，对终端提供各业务接入收敛的PCM通信设备进行综合分析，探讨PCM在电力专网通信系统中的应用。

关键字：

电力系统通信、语音、数据、RC3000-15

一、前言

电力调度网是电力系统通信专网的最主要和最重要的组成部分,该网络构建了一个包括连接各供电所、变电站、调度中心等机构在内的通信专网,其主流组网技术采用SDH传输和PCM接入实现全网的业务接入和传输。

电力专用通信网作为电力建设中的支撑和保障系统，不仅承担着电力系统的生产指挥和调度，同时也为行政管理和自动化信息传输提供服务。

本文将详细阐述电力用户对PCM设备的系统功能要求以及PCM在电力通信中中各类型业务的特点，并提出瑞斯康达公司PCM产品针对电力通信的解决办法，以供从事电力调度通信的设计者和建设者参考。

二、PCM系统原理描述

PCM是用于将一个模拟信号（如话音）嫁接到一个64kbps的数字位流上，以便于传输。

PCM将连续的模拟信号变换成离散的数字信号，在数字音响中普遍采用的是脉冲编码研制方式，即所谓的PCM。

PCM编码是PulseCodeModulation的缩写，又叫脉冲编码调制，它是数字通信的编码方式之一，其编码主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样，使其离散化，同时将抽样值按分层单位四舍五入取整量化，同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值。

PCM编码的最大的优点就是音质好。

PCM数字通信过程主要包括三大部分：

第一部分是发送端的模／数变换，其中有抽样、量化和编码过程；第二部分是信道，包括信道传输和再生中继；第三部分是接收端的数／模变换部分，主要指再生、解码和低通滤波平滑过程。

业务传输通道正常后，主业务自动恢复到原状，实现恢复性倒换。

5、设备兼容性

能与其他主流通信厂家的PCM设备进行业务的互通、调度。

6、智能网管

提供清晰的网管图文界面，并且操作简单、易学；具有连接业务时任意两个时隙之间的交叉连接的建立和删除；系统时钟的设置和更改；故障告警信息的详细显示、查询等相关操作并存档；网元快捷操作维护功能，如各E1接口的本地环路、远端环路的设置和删除等安全管理功能。

三、电力通信系统中PCM各类型业务的特点

（一）语音业务

1、传统话音业务

FXO（2线环路中继）必须与FXS（用户模拟接口）配合使用，实现电话与交换机挂下的分机通话。

有两种应答方式：

1、接调度台，由人工话务员转分机；

2、话路自动语音服务，按分机号。

2、计费电话

极性翻转：

通过电话2线正负电平的转换来判断用户摘、挂机，并通知计费服务器，从而完成计时、计费功能。

电话线有AB两根线，平时正常状态为-48V电压，即我们所说的馈电电压。

当具备极性翻转的话路接通时，AB线上电压的极性会互换，如果在接通前是A正B负，那么在接通时主叫立即变为B正A负，由交换机进行切换，时间是非常精确且完全准确。

当通话结束时刻，交换机会再进行一次极性翻转，所以通过极性翻转监测，就可以精确地知道一次通话的开始和截止时间。

RC3000-15-FXS语音卡上面对于每一路都具备极性翻转检测电路，所以它能够对极性翻转进行检测。

理解：

A呼叫B，B振铃，B用户摘机，此时话路接通A用户2线（+、-）反转；B用户挂机，通话结束，A用户2线（+、-）再次反转。

这2次极性反转时间间隔即为此次通话时间。

3、热线电话

在电话联系十分频繁的线路中，可以安置热线电话如：

重要变电站与调度局

之间，可方便及时联系重大突发事件。

用户端和局端使用RC3000-15-FXS卡对接可实现热线电话。

当用户端摘机后，不需要拨电话号码，就能自动地接通预定的被叫用户（局端），也叫“立即热线”，可以节省程控交换机的号线资源。

这种电路每时每刻都是接通的，专供给定的两用户使用。

4、二线/四线音频、E&M信令

2W表示采用2线方式的语音线，其中两根话音收发在同一线对内进行；4W表示采用4线方式的语音线，其中话音收发线各一对；E、M为控制线，E（Ear）线用于接受控制信号，M（Mouth）线发送控制信号。

常应用在：

a、2线、4线音频或载波模拟信号的传输；

b、具有E&M信令中继接口的交换机之间的连接，实现两个局端电话中继传输的连接；

c、模拟远动信号传输：

目前用4线音频来承载较为常见。

（二）数据业务

1、V.24——64K数字信号

码速调整及数据采集，提供64K同步或异步数据传输。

此业务在电力通信中应用广泛。

RC3000-15-8V.24板，提供8路V.24接口（同步RS232），每路带宽可调64K、128K、256K。

数字远动信号传输：

目前用异步RS232串口接入来承载较为常见。

2、V.35——n*64K同步数字信号

码速调整及数据采集，提供n×64k（n=1～30）速率的同步数据传

输。

业务终端可连接路由器等具有V.35接口的网络设备。

目前在电力系统通信中，V.35业务使用的较少。

四、PCM在电力通信中的典型应用

1、传统PCM话音接入

近交换机端配置FXO接口卡与程控交换机相连，远端通过FXS接口卡与远端电话机相连，通过传输设备的E1接口接入，实现两个站点间的语音通话。

组网示意图如下：

应用解释：

FXO：

ForeignExchangeOffice外部交换局、语音环路中继接口

功能：

用户话音信号与ST-BUS64K数字信号的相互转换；用户线状态信号与数字信令码之间的相互转换。

理解：

FXO相当于一个电话，接局端。

FXS：

ForeignExchangeStation外部交换站、用户模拟接口（电话线）

功能：

向电话用户馈电；过压和过流保护；被叫时向用户送铃流；监视用户摘挂机状态；实现语音到64K数字信号的相互转换，数字信令到线路状态之间的转换。

FXS必须与FXO配合使用。

理解：

相当于程控交换接口，有馈电，可以直接接电话。

注意：

FXO、FXS可以用于自动电话、共电电话、计费电话等用途。

2、多业务接入混传

实现传统的话音及热线等语音业务，同时根据用户要求还可选装V.24、V.35、64K同向等数据接口卡。

多种业务同时占用一个或几个E1接口，实现数据和话音业务的混传通信。

这是目前电力PCM设备通信的主要应用模式。

组网示意图如下：

这种情况下所建设的电力系统通信接入网不仅仅是一个只提供接入传输的互连互通平台，而是一个对各种业务的传输质量和接入安全性提供保障的多业务承载平台。

五、瑞斯康达RC3000-15在电力通信中的解决方案

1、RC3000-15产品简介

RC3000-15

RC3000-15综合业务复用平台能充分利用电力通信系统的2M资源，为用户提供以太、V.35、异步串口等数据接口和多种语音接口，实现在同一线路上的语音、数据等多业务交叉、复用功能，同时还可以提供PDH光口盘、E1接口盘、STM-1汇聚接口盘及千兆以太接口盘，可以满足各种接入环境及汇聚需求。

RC3000-15综合业务平台集成数字/模拟接入、复用、交叉、传输、协议转换功能，采用模块化智能总线设计，能够把若干个E1中有用的时隙进行集中分配，充分利用现有传输线路资源，减少资金投入，有效支持用户现有业务，并保证未来业务的扩展，在原有的SDH或MSTP网络构架上为用户提供性能价格比较高的接入方案。

适用于PSTN公网，公检法，金融，电力，铁路，军队等专网用户和企业、园区、写字楼等普通用户的多业务接入，实现了三网合一的概念。

产品使用瑞斯康达RaisecomNviewNNM统一网管平台进行管理，可以很方便的进行本端、远端管理和设置，快捷、有效的支持设备运行时的管理维护工作。

2、瑞斯康达RC3000-15满足电力用户的需求

电力用户对PCM的要求

RC3000-15

应答

具体板卡型号

备注

设备具备多业务综合接入功能：

实现数据与语音、传输与接入多种功能综合应用在同一设备的一体化功能

满足

设备型号：

RC3000-15

核心单板冗余保护：

交叉盘&电源盘1+1保护，包括铃流热备份保护

满足

RC3000-15-DXC

SUB-PWRII-DC

RC3000-15-32FXS

FXS卡上每两路语音共用一个铃流发生器，该铃流发生器出现故障时，不影响其他30路语音的正常通信；

全面的时隙交叉连接能力：

具备E1到E1，E1到64k，64k到64k的交叉，

实现双向、单向的交叉方式

满足

RC3000-15-DXC

含语音业务提供信令状态支持128个E1全交叉；

齐全的音频接口：

环路中继接口、计费电话（极性反转）及热线接口、E/M中继接口、2/4线音频接口

满足

RC3000-15-32FXO

RC3000-15-32FXS

RC3000-15-32E&M

两端FXS卡对接可实现热线电话功能；

FXS卡对每一路语音都具备极性翻转检测功能；

2线和4线可在网管上设置；

丰富的数据接口：

标准的E1接口、V.24同步接口、低速异步RS232、接口、64K同向数据接口（G.703）、V.35接口（N×64K同步数据接口）、10BaseT以太网接口

满足

RC3000-15-8E1

RC3000-15-8V24

RC3000-15-16RS232

RC3000-15-16C64K

RC3000-15-8V35

RC3000-15-8ETH

E1接口有平衡和非平衡可选；

V.24支持最大带宽256K

以上表格中的内容，对文章的第三部分进行应答，说明了RC3000-15完全满足电力通信系统的要求。

3、瑞斯康达RC3000-15在电力通信接入层的解决方案

3.1通信接入网整体解决方案PCM+SDH光端机

当前电力系统通信中，PCM设备组网要求能成链型结构和环形网络结构，并且通信业务在任一网元节点都可以上、下或直通，保护专用PCM的业务流在通道上可实现单向、双向传输。

目前电力PCM业务流连接主要为星型结构，即各站点到调度局中心局。

而2M数据的接入主要是依靠SDH光传输设备，实现电力用户调度语音、业务数据的远距离传输。

瑞斯康达RC3000-15综合业务接入设备，结合公司MSTP产品OPCOM3500E组建地方光纤通信网，组网示意图如下：

3.1.1方案说明

本方案采取传统的PCM与SDH光传输设备相结合的方式，共同组建地方光纤通信网，其中各站点终端业务依靠RC3000-15接入，而OPCOM3500E提供2M电路在光纤中的透明传输通道。

由各管理机构（如调度局）至所辖变电站、开关站的行政及调度电话需要从交换机延伸到每个变电站。

各站点电话与局端PBX程控交换机之间通过智能PCM设备复用及解复用方式实现电话延伸，每部电话需求带宽为64kbit/s。

在重要变电站之间或与调度局之间经常配置热线电话，保证电力生产调度的及时性。

根据现地闸站和管理机构之间的管理关系，每个管理机构负责所辖现地闸站的电话延伸业务。

变电站中的断路器、复合开关、继电保护等电力一次运行设备的工作状态数据信息，需依靠RTU（RemoteTerminalUnit远端测控单元）实现采集（属于调度自动化的范畴），并且须回传到调度中心进行显示，方便调度命令以数据形式下发到发电厂、变电站、开关站进行远程遥控操作。

这些数据有的是直接通过站内现场总线的数字RS232串口接在V.24业务的音频出线通道的上进行传输，有的则是将数据经过调制器（MODEM）变换成音频信号，电力中一般常用4W模拟音频信号来承载，经PCM的CE1电路上传输网并传送到对端，调度局再用FTU（馈线自动化终端）或者解调器还原成原来的数据。

业务详细流程示意图如下：

为了链路安全地传送，节点间电路需求按2Mbit/s电路通过DDF（数字配线单元）与光传输设备OPCOM3500E相连。

光纤环网上各传输网元以调度局为中心，利用SDH技术天生的自愈特性，保证当工作路由出现故障时，无需人工干预即可自动切换到保护路由，并重新建立业务连接关系，保证了业务接续性，起到自愈保护的作用。

DDF连接示意图如下：

配套设备说明：

附属配套设备主要包括各站点配置的光分配架、ODF配线模块、熔配一体化模块、VDF配线单元框（模块）、DDF同轴配线模块、综合配线机柜等。

这些配套设备是通信传输系统的重要组成部分，完成光缆连接、业务接口连接等功能，实现通信机房的标准化和网络资源的一体化，便于维护管理。

3.1.2方案特点：

1、RC3000-15的业务接入优点

（1）交叉容量大

提供128个E1全交叉连接能力，利用时隙交换功完成电力用户基于64K业务的任意交叉和复用；远大于目前主流PCM厂家格林威尔、萨基姆、讯风等12E1、64E1的交叉容量。

（2）丰富的业务接口

单一设备全面接入变电站各种业务，包括FXS、2W/4WE&M、热线电话等语音业务以及2M、V.24（同步RS232、异步RS232）、V.35（N*64KN=1~31）、同向64K、RS422/485串口、FE（10/100MBase-T）等数据业务，设备丰富的接口，为将来多业务的接入提供保障。

（3）灵活性强

设备可以根据用户要求任意配置多种用户接口卡，支持带电热插拔功能；

支持自动识别，通过软件分配业务时隙带宽，背板程序具有自动存储功能；

可以根据实际情况调整时钟，满足各种应用环境需要；

在组网方面，支持链状、树状、星状、环网的混合组网，充分适应各地方

通信网络拓扑结构。

（4）安全稳定可靠

各板卡电路集成度高并采用先进的厚薄膜生产工艺技术，重要部件1+1热

备份，如：

主控盘1+1：

保证数据双备份，可实现主备自动切换或手动切换，使业务安

全运行；

电源1+1：

提供2组负48V直流（或220V交流）电源输入，可选配一块或

两块电源板；配置两块电源板时实现双电源冗余备份，负荷分担。

在安全性上满足电力用户对PCM设备电源须具备2路直流电源输入的要求。

（5）维护方便快捷

支持环回操作：

支持E1的本地的Near-loopback、Far-loopback，和V.35、RS232的TTL电平侧，数字外环回。

内置误码测试功能：

对某一路E1、V.35进行误码测试，测试结果可以在网管或者是命令行中查询到。

人性化的维护快捷方式，可方便线路测试及缩减故障处理时间，节省了用户的人力资源支出，在中心局网管上即可实现操作。

（5）统一网管

网元节点支持任意传输E1接入，通过RAISECOMNVIEWNNM网管平台

提供标准的SNMP网络管理功能，对各种接入业务进行端到端的监控；简洁完善的图文界面，可以对设备进行在线配置、查询、故障统计管理等，并拥有图形、声音告警指示功能，可以准确定位故障级别和信息。

RC3000-15设备采用带内网管通道实现全网设备集中网络管理和维护。

用户可以根据自己的需要灵活选择以下网管通道：

1）辅助网管通道：

采用E1的SA通道有4BIT或者5BIT可选；

2）专用时隙网管通道：

占用一个固定的64K通道做为网管数据通道。

2、传输层OPCOM3500E的优点：

（1）支持群路盘、支路盘1+1备份，实现群路、交叉和时钟模块的热备份；背板提供SDH、以太两套总线，提供窄带业务由TDM总线进行接入和处理，确保了窄带业务的实时性；宽带业务由GEIP总线进行处理，提供了以太数据业务所需的大数据量处理能力；支持以太网环路检测功能。

（2）设备之间通过155M/622M光口组成光纤环网，充分利用SDH的组网自愈保护特性确保配网业务的安全、可靠性，与背靠背的业务组网模式相比有了本质的提升；同时节约光纤和通道资源的占用。

（3）支持EOS功能，采用GFP、LAPS封装协议，支持LCAS功能，可与主流MSTP厂商设备兼容对通。

    （4）设备集成度高、体积小巧；在单站可将SDH传输设备与PCM接入设备安装在同一个机柜里以节省机房空间。

3.2RC3000-15优化末端业务接入

在我国经济不富余的偏远地区和部分县市农电变电所，由于业务量需求少及资金的短缺，目前仍然在使用台式PDH光端机进行业务地远距离传送。

这无疑带来了对设备统一管理的困难，给用户增加了潜在故障点和对业务维护管理的难度。

目前部分县市电力接入网现状如下：

原网络状况分析：

1、业务接入层网络（上图红色标示框）中间环节过多，线路故障点多（双绞线、E1线缆、光缆），后期维护压力较大；

2、使用的设备品牌种类很多，增加了管理及维护难度

由于受分期建设和设备招标等诸多因素的影响，网络运行中的设备品牌型号各种各样。

不同品牌设备相互对接虽不影响电路的开路，但在电路调度、运行维护的可控性方面却存在不足，同时也不利于备品备件的管理。

各品牌设备的网管系统都很独立，无形中也增加了网管方面的维护量。

特别是对该网络中的PDH设备很难实现在一个网管平台下，对网络中的各种设备的运行状态进行本端、远端的监控，整个网络存在网管盲区，不利于设备的维护。

“综合接入，全面网管”一直是瑞斯康达公司追求的方针和方向。

RC3000-15

不仅具有传统PCM设备功能，还兼容了PDH光口，并能提供STM-1汇聚光接口及千兆以太光/电上联端口。

RC3000-15优化接入层后的网络情况：

对上图中红色标示框的优化：

1、RC3000-15具有PDH接口盘，为用户节省了4台PDH台式光端机的投资，并减少了业务中间节点，节省机房空间；

2、业务上联SDH传输网由E1电口转换为STM-1光接口，只需一个光口就能汇聚站端63个E1消除了E1电缆过多的潜在故障点，使系统更加稳定可靠；

3、能管理到末端设备，真正做到了网管无盲区，能更方便快捷地处理故障，缩短故障处理时间并减少维护成本。

小结

瑞斯康达综合业务接入网络方案具有交叉容量大、多业务接入、应用灵活等多重优势，能满足电力调度通信网对业务接入的安全性、利用率、组网结构、统一网络管理等方面的极高需求。

随着电力通信业务的多元化发展，作为基础接入设备的PCM承载的压力逐步增加，瑞斯康达全RC3000系列为电力用户综合业务接入建设提供了更多更好的选择。

附录：

RC3000-15技术参数

单盘类型

接口规格

描述

语音业务

32FXS

提供32路FXS音频接口

32FXO

提供32路FXO音频中继接口

16E&M

提供16路E&M中继接口，2/4线可调

PDH单元

30×8-OPT

提供8路PDH光接口，每路光口容量为1路E1，采用SFP光头，远端可与RC3100、RC850设备对接。

120×2-OPT

提供2路PDH光接口，每路光口容量为4路E1，采用SC双纤单模光口，远端可与RC3200、RC830和RCMS2800系列设备对接。

240-OPT

提供1路PDH光接口，每路光口容量为8路E1，采用SC双纤单模光口，远端可与RC3200、RC830和RCMS2800系列设备对接。

8E1

提供8路75欧姆非平衡E1电接口，单盘使用两个DB37公头连接器。

每个连接器使用专用线缆支持4路E1业务。

8E1-BL

提供8路120欧姆平衡E1电接口，单盘使用两个DB37公头连接器。

每个连接器使用专用线缆支持4路E1业务。

数据业务

8ETH

提供8路以太业务，每路业务带宽为N×64K（N=1～31），使用8个RJ45接口，接口10/100M自适应。

单盘支持8路以太业务到本盘第一路以太口的汇聚及向EWS2GE交换盘汇聚。

8V35

提供8路V.35业务，每路业务带宽为N×64K（N=1～31），单盘使用4个DB37公头连接器,每个连接器使用专用线缆支持2路业务

16RS232

提供16路异步RS232业务，单盘使用2个DB26母头连接器，每个连接器使用专用线缆支持8路业务。

16RS422

提供16路异步RS422业务，单盘使用2个DB26母头连接器，每个连接器支持8路业务。

G.SHDSL单元

30×8-G

提供8路G.SHDSL接口，每路带宽为1个E1。

交叉网管

DXC

核心板卡，提供交叉调度及网管功能。

网管支持Console、SNMP接口，提供BITS时钟输入和时钟输出，支持机框级联和内置DCN网管通道，支持4个VCC方向。

汇聚

STM-1

提供两路155MSDH接口（SC）

ESW2G

提供两路GE口，光电可选。

可实现各槽位以太业务到该GE盘的汇聚。

电源

PWR

符合EMC标准，双电源备份，负荷分担，AC220V/DC-48V可选。

交叉能力

含语音业务提供信令状态：

128个E1全交叉（4096×4096Ts）

不含语音业务不提供信令状态：

256个E1全交叉（8192×8192Ts）

槽位

15个

重要部件备份

电源及交叉盘备份

电源占用槽位

2个

用户侧扩展能力

13个业务槽位

语音端口数量（满配）

350路

支持语音业务类型

FXS（用户线）、FXO（环路中继）、EM2/4线、2/4线中继

支持数据业务类型

以太、V.35、CE1、RS232/485

汇聚接口类型

STM-1、1000M/100M/10M自适应光口及电口以太

远端设备

RC3000系列、RC3100系列、RC3200系列、RCMS2800系列、

RC830系列、RC850系列、RC950系列

远端设备网管通道

备用bit、E1时隙和光开销可选

体积

宽×高×深（mm）

442×267×248

工作环境

工作温度

0～50℃

相对湿度

5%～90%无冷凝

设备供电

电源

-48VDC（-36V~-72V）、

220VAC（165V~265V）可选

功耗

≤1W（音频复用部分）