G.SHDSL技术在小型水电站自动监控中的应用

摘 要：选择合适的通信方式是实现小型水电站全面管理和监控的关键。本文叙述了小水电站自动监控对通信的要求，就单对线路高速对称数字用户线（G.SHDSL）宽带技术在小型水电站自动监控中的应用进行了探讨。

关键词：小水电站自动监控;通信;G.SHDSL;数字复分接

0 引言

　　在水利水电领域，许多泵站、水电站提出了“无人值班，少人值守”的运行管理模式[1] ，管理人员运用现代通信技术在指挥调度中心对各级泵站、水电站的设备进行远程控制，对环境恶劣的工作区域、水闸区域设备进行远程监视，使原先费时费力的工作变得简单轻松，这一管理模式的提出大大提高了管理的效能。成为目前这一领域的发展趋势。要实现对各级泵站、水电站的远程监控[2]，必然需要对各种信息进行采集、通信和处理，其中对各种信息的采集和处理，由于计算机和各种微控制、微处理技术的快速发展，已变得相对容易，而通信问题由于成本因素的影响，成为了这一领域发展的瓶颈。因此，选择合适的通信方式和设备是实现小型水电站全面管理和监测的关键。

　　由于小型水电站一般地处偏远，因此公用的通信网络无法覆盖，目前大多数地区利用一对双绞铜线实现了简单的单路语音通信，随着自动化监视和控制要求的提出，如何解决好数据的通信问题，已经变得非常关键，我们知道最好的通信方式是利用光纤，但光纤通信存在着设备复杂，成本高的缺点。基于小型水电站主要的通信对象是上级控制中心、调度所（包括电力调度、防汛调度），通信的数据量不是特别大，但实时性要求高，通信距离特别远，现有的公用通信网络无法覆盖等特点，G.SHDSL通信技术可较好地满足了小型水电站的通信要求。本文就G.SHSDL在水电站监控系统中的应用进行了探讨。

1 小水电站自动监测对通信的要求

　　对水电站提出计算机自动监控系统的问题后，相应要考虑系统总体结构及各子系统之间的联结和通信问题。水电站自动监控对通信的要求应遵循以下原则：

　　（1）经济性原则

　　考虑具体工程运行管理上的总体经济效益，通信系统成本不能太高。

　　（2）可靠性原则

　　通信系统应在低温、潮湿、风尘大、强电磁场干扰等恶劣环境条件下均能正常工作。

　　（3）可扩性原则

　　通信系统应具有当代技术先进性，其硬件设备和软件遵循模块化结构。可以方便地实现系统扩展、更新和升级。

　　（4）实时性

　　自动监控系统是一个实时监控系统，必须满足实时性。

　　（5）开放性原则

　　软硬件配置注重兼容性和互换性。

2 G.SHDSL在水电站自动监控中的应用

　　G.SHDSL自动监控通信系统的组成框图如图1所示。整个系统由话音交换机、网络交换机、数字复分接器、G.SHDSL线路接入模块、传输网络、电话机和计算机等组成。

　　通信的处理器主要完成对以太网数据的收发处理、异步串口的数据的分发和接收、G.SHDSL等各个芯片的管理和控制、用户接口的信令检测和控制、状态指示的控制等。多数业务接口都可直接由通信处理器扩展得到。例如：以太网接口、USB接口、HDLC接口等。

　　此系统可对水电站运行数据进行采集和判断，一旦监测数据发生异常，即可通过G.SHDSL通信模块向监控计算机发生报警信息，实现了对水电站运行状态的实时监控。同时，G.SHDSL通信模块可完成多路数据终端设备（如计算机）送来的数据按照协议打包成网络数据送往网络交换机，并可通过E1接口接入到程控交换机完成话音交换。

　　2.1 G.SHDSL技术

　　2.1.1 G.SHDSL技术的特点

　　G.SHDSL[3]（Single-pair High Speed DSL，单对线路高速对称数字用户线）是ITU（G991.2标准）推荐的在双绞铜线上传输双向对称宽带数据的一种技术，它提供迄今为止任何DSL技术具有的功用范围，能够用于语音、数据和视频等多种通信传输业务。

　　G.SHDSL接口电路由一片具有成帧功能的双通道DSP和一片单路模拟驱动前端组成[4]，双通道DSP主要完成TC-PAM编码、解码、回波抵消、自动均衡和成帧等功能。模拟驱动前端主要完成D/A、A/D变换、滤波、线路驱动、增益控制等功能。其中线路驱动包括线路的发送和接收，发送功放、接收放大、线路阻抗匹配等功能。

　　G.SHDSL的特点如下:

　　（1）支持数据速率高,传输距离远

　　26AWG电缆上传输距离为6000英尺、20000英尺的单线对，对应所能支持的数据速率分别为2.312Mbps和192Kbps;双线对操作速率可达4.624Mbps。当距离一定时，速率比传统的对称DSL高35%至50%;当速率一定时，传输距离比传统的对称DSL提高15%至20%。

　　（2）频谱兼容性

　　G.SHDSL选择了TC-PAM调制技术，从而确保了与其它基于DSL的服务（如ADSL）的兼容性。

　　（3）国际互操作性

　　由于采用了TC-PAM以及其它标准要求，推进了G.SHDSL局端与终端设备的互通性测试工作。

　　（4）传输速率自适应

　　G.SHDSL是自适应的，可以在不同的传送宽度之间作调整，随着传送距离的不同，实现的传送速率也不同。

　　（5）成本优势

　　运营商应用G.SHDSL技术时主要是在扩容时增加新的设备，并不需要替换现有的DSL技术，另外大部分连接都是点对点的，而非全网的改造，因此投入较低。

　　2.1.2 TC-PAM调制技术

　　G.SHDSL采用网格编码脉幅调制（TC-PAM）技术。网格编码[5]的原理是利用编码效率为的卷积码，并将每一码段的映射为2ⁿ⁺¹个调制信号集中的一个信号[6]。在接收端信号解调后经反映射变换为卷积码，再送入维特比译码器译码，做出判断的过程是按照形似网格的决策树进行的，也叫网格编码调制。

　　其算法复杂程度较低，对话音通信时延要求较低，压缩了传输频谱，提高了抗干扰减少串音的能力，延长了传输距离。

　　2.2 同步数字复分接

　　水电站自动监控通信系统数据和话音的复接和分接处理可采用同步数字复分接技术。同步数字复分接器是由数字复接器和数字分接器组成，数字复接器是把两个或两个以上的支路同步数字信号按时分复用方式合并成为单一的同步数字信号的设备;数字分接器则是把一个合路数字信号分解为原来的支路同步数字信号的设备。同步复分接是指如果输入支路数字信号相对于复接器的对应时钟信号是同步的，则只需调整相位就可以实施数字复接。同步复分接有复接效率较高，复接损伤较小等特点。

3 系统特点

　　水电站自动监控通信系统采用G.SHDSL技术，与ADSL（不对称数字用户线）HSDL（高速数字用户线）技术相比具有明显的特点：

　　1） 传输质量稳定

　　G.SHDSL技术是一种上下对称DSL技术，传输质量稳定，适合行业应用。

　　2） 传输速率较快、传输距离远

　　单线对传输G.SHDSL设备可在1对或2对普通市话双绞线上传输高达2.3Mbps速率，可以满足话音、数据和图象等多媒体业务需要。传输距离远在1对0.5mm线径的市话双绞线上无中继传输2.048Mbps速率可达4.8Km以上,增加中继可使传输距离延长一倍。

　　3）安装简单、投资少

　　G.SHDSL安装采用现有的双绞线连接，无需另外铺设线路，安装方便。在网络要求上不要很大的投入，只需增加G.SHDSL模块，在用户端加入综合接入设备就可，好处是可以带来更丰富的接入方式。

　　4）应用广泛

　　G.SHDSL支持多种业务类型，传统DSL技术主要在TDM模式上选择传送方式，而G.SHDSL既可在TDM上又可在ATM、IP的传送模式下进行传输。

　　5）兼容性好

　　G.SHDSL是目前唯一的使不同厂家在同样标准下真正实现兼容的技术，能够在多个供应商平台间实现互操性。

4 小结

　　综上所述，在小水电站自动监控系统中采用G.SHDSL技术，利用原有电话双绞线传输媒介，组成一个高速、稳定、可靠的信息网，增强自动监测能力。因G.SHDSL技术可提供可变的速率、强大的性能、国际标准基础及与其它DSL的频谱兼容性，此技术可获取更大的商用价值。

本文作者创新点：

　　G.SHDSL是ITU推荐的在双绞铜线上传输双向对称宽带数据的一种技术，其优势表现在三方面：（1）G.SHDSL技术能够支持多种业务类型的应用，包括ATM、IP和TDM;（2）传输距离远，相对于HDSL能提高15%——130%;（3）能够很好地实现和其它厂商间设备的兼容。

　　小型水电站一般地处偏远地区，公用的通信网络无法覆盖，当前大多数地区利用一对双绞铜线实现了简单的单路语音通信，满足不了自动化监视和控制要求。G.SHDSL技术的应用可成功解决这些问题，而且成本低，效益好，具有广阔的应用前景。

参考文献：

　　[1]周海波，中小水电站综合自动化系统设计[J]，中国水利水电设备网，2006

　　[2]李丽 安淑凯，计量站远程监测SCADA系统的设计分析[J]，微计算机信息，2003 08 28

　　[3]谭飞 郭新 赵彦博，单线对称高速数字用户线，中国数据通信[J]，2002 04

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

　　[5]金子建，一种实现高性能TCM的卷积编码器结构，电子学报[J]，1992 07

　　[6]王兴亮等，数字通信原理与技术[M]，西安电子科技大学出版社，2000