變電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)SupervisoryControlandDataAcquisitionSystemofSubstation緒論

現(xiàn)代生活中有許多的大型工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，比如電力系統(tǒng)、鐵路系統(tǒng)等，組成大型工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)部門多，且分散在相距甚遠(yuǎn)的廣闊地區(qū)。為了保證系統(tǒng)的正常工作，構(gòu)成系統(tǒng)的各部分必須在一個(gè)調(diào)度機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一指揮下協(xié)調(diào)工作。為此，調(diào)度機(jī)構(gòu)要隨時(shí)了解系統(tǒng)各部分在生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際情況，并要此基礎(chǔ)上作出對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行指揮的策略。為了使調(diào)試工作既滿足實(shí)時(shí)性好，又保證可靠性高，于是便產(chǎn)生了遠(yuǎn)動(dòng)，并要綜合了自動(dòng)控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)之后迅速發(fā)展起來(lái)。微型計(jì)算機(jī)技術(shù)通信及接口技術(shù)智能控制技術(shù)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)多媒體技術(shù)andmore…微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)

微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)將微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信及接口、智能控制、檢測(cè)與轉(zhuǎn)換、多媒體等高新技術(shù)有機(jī)的融為一體，集中了技術(shù)先進(jìn)、功能完備、應(yīng)用靈活、運(yùn)行可可靠、監(jiān)控范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，特別適合處于分散狀態(tài)的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行遠(yuǎn)距離的集中監(jiān)視和控制，統(tǒng)一管理。應(yīng)用：

航天電力系統(tǒng)鐵路供電/行車調(diào)度自動(dòng)化城市供水供氣工業(yè)自動(dòng)化控制

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本課程將系統(tǒng)學(xué)習(xí)微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的功能及組成原理、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及有原理、信息傳輸與通信設(shè)備、系統(tǒng)接口、遙測(cè)量的測(cè)量、系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)、系統(tǒng)的可靠性和監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。參考書(shū)目：1.盛壽麟.電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)原理.北京：中國(guó)電力出版社.19982.劉貫宇.電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)原理及微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置.北京：水利電利出版社.19893.劉家軍.微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù).北京：水利水電出版社4.錢清泉.電氣化鐵道遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù).北京：中國(guó)鐵道出版社.19955.柳永智.電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng).北京：中國(guó)電力出版社第1章微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)概述

本章介紹微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的有關(guān)基本概念及組成原理和功能、運(yùn)行方式、性能指標(biāo)和分類，著重介紹微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)在電力系統(tǒng)、通信、鐵路中的應(yīng)用，通過(guò)本章學(xué)習(xí)應(yīng)掌握以下內(nèi)容：

遠(yuǎn)動(dòng)的定義及技術(shù)特征四遙的定義遠(yuǎn)動(dòng)的組成及分類遠(yuǎn)動(dòng)的運(yùn)行方式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)的性能指標(biāo)微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用§1-1遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)的概念遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)是近年來(lái)提出的概念，目前對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)還沒(méi)有一個(gè)完整的定義，但它包括傳統(tǒng)的遙控、遙信、遙測(cè)、遙調(diào)等技術(shù)，所以可以給遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)下一個(gè)粗略的定義：

對(duì)物體或各種過(guò)程進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)量和控制的綜合技術(shù)，稱為遠(yuǎn)動(dòng)(Telecontrol)技術(shù)，它具有在人和機(jī)器或機(jī)器與機(jī)器之間遠(yuǎn)距離交換信息的功能。

傳統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的主要功能為“四遙”—遙控、遙調(diào)、遙測(cè)、遙信。一、“四遙”功能的定義1.遙控即遠(yuǎn)程命令(Telecommand):對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制，即應(yīng)用遠(yuǎn)和通信技術(shù)，使運(yùn)行設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生變化。被控對(duì)象可以是固定的也可以是運(yùn)動(dòng)的。這種命令只取有限個(gè)離散值，通常只取兩種狀態(tài)命令，例如開(kāi)關(guān)的“分”、“合”指令。2.遙調(diào)即遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)(Teleadjusting):對(duì)被控站某些設(shè)備的工作狀態(tài)和參數(shù)的遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)，即對(duì)具有兩個(gè)以上狀態(tài)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行控制的遠(yuǎn)程命令。例如在供電系統(tǒng)中遙調(diào)常用于有載調(diào)壓變壓器抽頭的升、降調(diào)節(jié)和其它具有分級(jí)升降功能的場(chǎng)合。3.遙測(cè)即遠(yuǎn)程測(cè)量(Telemetering):對(duì)被測(cè)對(duì)象的某些參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)量，應(yīng)用遠(yuǎn)程通信技術(shù)傳輸被測(cè)變量的值。如可以遙測(cè)牽引供電系統(tǒng)中變電所、分區(qū)亭中的有功和無(wú)功功率、電度、電壓、電流等電氣參數(shù)，及接觸網(wǎng)故障點(diǎn)等非電氣參數(shù)。又如在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)研究和國(guó)防的許多部門，由于一些特殊原因，人們無(wú)法接近被測(cè)對(duì)象，就需要通過(guò)遙測(cè)來(lái)了解和監(jiān)控被測(cè)對(duì)象的情況。采用遙測(cè)技術(shù)，可以提高各部門折自動(dòng)化程度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和管理調(diào)度質(zhì)量。4.遙信即遠(yuǎn)程指示(Teleindication;Telesignalization):將被控站的設(shè)備狀態(tài)信號(hào)遠(yuǎn)距離傳送給調(diào)度端，即對(duì)諸如告警信號(hào)、開(kāi)關(guān)位置這樣的狀態(tài)信號(hào)的遠(yuǎn)程監(jiān)視。遠(yuǎn)動(dòng)化的主要任務(wù)：集中控制集中監(jiān)視正常狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)合理的系統(tǒng)遠(yuǎn)行方式；事故時(shí)，及時(shí)了解事故的發(fā)生和范圍，加快事故處理，提高安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平實(shí)現(xiàn)無(wú)人化或少人化，提高運(yùn)行操作質(zhì)量，改善勞動(dòng)條件

以微機(jī)為主構(gòu)成，以完成常規(guī)“四遙”功能為目標(biāo)的監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，即SCDAS系統(tǒng)(SupervisoryControlandDataAcquisitionSystem)。這種遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的被控端稱為遠(yuǎn)方終端，即RTU(RemoteTerminalUnit)由于計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度越來(lái)越快，功能越來(lái)越強(qiáng)，使得微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)除了完成常規(guī)的“四遙”功能外，還可以完成許多其它的數(shù)據(jù)處理和管理功能，如根據(jù)需要，編制各種不同的圖形、報(bào)表，可提供復(fù)示終端，可與其它系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)等功能，還可提供操作人員的在線培訓(xùn)、防誤操作以及輔助決策等功能。因此，具有這些擴(kuò)展功能的微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，稱為微機(jī)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)(DispatchingAutomationSystem)，也簡(jiǎn)稱為微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(SupervisoryControlSystem)。二、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的分類1.按遠(yuǎn)動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)方式分：

布線邏輯式遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)2.按遠(yuǎn)動(dòng)裝置采用的元件是否有接點(diǎn)分：

有接點(diǎn)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)接點(diǎn)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)3.按遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)的信息傳輸方式分：

循環(huán)式遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)問(wèn)答式遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)4.按遠(yuǎn)動(dòng)裝置的工作方式分：

1：1工作方式遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)(每個(gè)被控端對(duì)應(yīng)一臺(tái)調(diào)度端)1：N工作方式遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)(調(diào)度端一臺(tái)裝置對(duì)應(yīng)N臺(tái)被控端)M：N工作方式遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)(調(diào)度端M臺(tái)裝置對(duì)應(yīng)N臺(tái)被控端)5.按遙控、遙測(cè)系統(tǒng)傳輸指令和信息是利用無(wú)線信道還是有線信道分：

無(wú)線信道遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，常用的無(wú)線傳輸手段有無(wú)線電、紅外線、激光、微波等。有線信道遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，常用的有線傳輸手段有郵電載波、有線載波、同軸電纜、電力線、電話線載波、光纖等。6.按被控對(duì)象是分散還是集中分：

分散式遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)集中型遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)此外還可根據(jù)被控對(duì)象是固定還是活動(dòng)，是鏈?zhǔn)椒植歼€是輻射分布分為固定目標(biāo)或活動(dòng)目標(biāo)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)；鏈?zhǔn)交蜉椛涫竭h(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。§1-2遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)在20世紀(jì)30年代用于鐵路遠(yuǎn)輸系統(tǒng)，40年代用于電力系統(tǒng)。我國(guó)的遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)從20世紀(jì)50年代起步，50年代末在電力系統(tǒng)中使用。60年代電氣化鐵道遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)在我國(guó)開(kāi)始研制，80年代才得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)過(guò)40年艱苦努力，從無(wú)到有，從簡(jiǎn)單到尖端在電力、大型工廠及聯(lián)合企業(yè)、氣象、國(guó)防、航天、機(jī)器人、深海作業(yè)、核試驗(yàn)、核能利用、地震預(yù)報(bào)、生物醫(yī)學(xué)、鐵誕、隧道、輸油管道、引水排灌、環(huán)境保護(hù)等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)歷了繼電器、晶體管(分立元件)、集成電路和微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)幾個(gè)階段，相應(yīng)的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)也稱為第一代、第二代、第三代和第四代遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。前三代稱為布線邏輯遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，第四代即為微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。目前，廣泛應(yīng)用的電鐵遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)均為微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。§1-3計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用1.計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用電力系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)與管理體系確定了計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)在電力系統(tǒng)的重要性和必要性。國(guó)家級(jí)總調(diào)度大電網(wǎng)級(jí)網(wǎng)調(diào)省級(jí)電網(wǎng)省調(diào)地區(qū)級(jí)電網(wǎng)地調(diào)縣級(jí)電網(wǎng)縣調(diào)2.在通信網(wǎng)中的應(yīng)用

21世紀(jì)是信息在社會(huì)發(fā)展中作用越來(lái)越重要的時(shí)代。隨著通信規(guī)模的不斷擴(kuò)大，自動(dòng)化程度的不斷提高，各種新業(yè)務(wù)不斷增加，因此對(duì)維護(hù)管理工作提出了越來(lái)越多的要求。在我國(guó)，除了新近引進(jìn)的一些通信設(shè)備上自帶有自動(dòng)監(jiān)控管理系統(tǒng)外，通信網(wǎng)的維護(hù)管理目前仍然主要是傳統(tǒng)的人工方法。落后的人工方法已遠(yuǎn)不能適應(yīng)當(dāng)今通信，多絡(luò)管理現(xiàn)代化，有必要建立完善、實(shí)用的通信網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。采用微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備對(duì)通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)管理，是實(shí)現(xiàn)排除通信故障、實(shí)時(shí)調(diào)度電路，提高電器可靠性和利用率，加強(qiáng)通信管理水平的重要手段。在通信網(wǎng)中利用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)管理技術(shù)可以完成以下任務(wù)：（1）實(shí)時(shí)掌握通信網(wǎng)中各種設(shè)備的運(yùn)行情況和系統(tǒng)性能變化趨勢(shì)，做到初期故障早預(yù)報(bào)，在小故障變?yōu)榇蠊收现埃皶r(shí)采取措施進(jìn)行維護(hù)處理，防止業(yè)務(wù)中斷，保證通信網(wǎng)的運(yùn)行暢通。（2）迅速準(zhǔn)確地對(duì)通信網(wǎng)出現(xiàn)的故障進(jìn)行定位和自動(dòng)控制，這對(duì)遠(yuǎn)程站尤為重要，可避免派人員到距離很遠(yuǎn)的故障現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備，使今后操作維護(hù)時(shí)間和維護(hù)成本減至最少。（3）實(shí)時(shí)采集通信網(wǎng)運(yùn)行中的各種狀態(tài)信息和報(bào)警信息，進(jìn)行分類匯總，統(tǒng)計(jì)分析處理，報(bào)上級(jí)主管部門，實(shí)現(xiàn)通信的自動(dòng)化、集中化維護(hù)管理。3.在鐵道電氣化中的應(yīng)用隨著鐵道電氣化的迅速發(fā)展，供電系統(tǒng)的運(yùn)行、調(diào)度管理工作日益復(fù)雜。電氣化鐵道供電系統(tǒng)設(shè)有電力調(diào)度所，統(tǒng)一指揮供電系統(tǒng)在正常及事故情部下的過(guò)行，并集中管理沿鐵道分布的許多牽引變電所、分區(qū)亭、開(kāi)閉所和AT所中的電氣設(shè)備。為保證供電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，調(diào)度所必須及時(shí)掌握系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，并對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行判斷和處理后，對(duì)變電所等下達(dá)命令，直接操作某些設(shè)備或調(diào)整某些參量，完成實(shí)時(shí)控制的任務(wù)。變電所調(diào)度所變電所變電所YKYTYXYCYKYTYKYTYXYCYKYTYKYTYXYCYXYCYXYC§1-6計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的模式一、計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)的基本組成計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的主要任務(wù)是對(duì)物體和各種過(guò)程實(shí)時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)控與調(diào)度，因此可以給出一個(gè)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)組成的基本模式：調(diào)度端通信信道被控端1被控端2被控端3被控端4被控端N信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置1信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置2信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置3信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置4信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置N……

一個(gè)基本的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)信息轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程終端、通信信道和調(diào)度端四大部分組成。1.現(xiàn)場(chǎng)信息轉(zhuǎn)換與控制機(jī)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)信息轉(zhuǎn)換包括需要測(cè)量對(duì)象信息的轉(zhuǎn)換與放大和被控對(duì)象的執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分。遠(yuǎn)動(dòng)終端只能采集和接收符合要求的電信號(hào)，而測(cè)量對(duì)象則往往還有非電信號(hào)的物理量，如壓力、溫度、水速等。因此，由傳感器將非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并經(jīng)放大和加工處理后，變?yōu)檫h(yuǎn)動(dòng)終端能接收的電信號(hào)。對(duì)于有些就是電信號(hào)的物理量，如電力系統(tǒng)電流、電壓、功率、電度等參數(shù)的測(cè)量，其幅度大小不標(biāo)準(zhǔn)，需要經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)淖儞Q，使之滿足遠(yuǎn)動(dòng)終端的要求。轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)有的是其值隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬量，有的是數(shù)值離散化的脈沖量，而有的是表示開(kāi)關(guān)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)量。2.遠(yuǎn)動(dòng)終端，簡(jiǎn)稱RTU(RemoteTerminalUnit)也稱為子站或被控站(SlaveStation,ControllingStation)

遠(yuǎn)動(dòng)終端是位于遠(yuǎn)離調(diào)度端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和控制的裝置，它接收和處理現(xiàn)場(chǎng)信息經(jīng)轉(zhuǎn)換后送來(lái)的模擬量、脈沖量和開(kāi)關(guān)量以及執(zhí)行控制中心發(fā)來(lái)的各種遙控、遙調(diào)等操作命令3.通信信道(CommunicationChannel)

在計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中用于傳送遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)的通信信道稱為遠(yuǎn)動(dòng)信道。遠(yuǎn)動(dòng)信道的質(zhì)量是確保計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的重要前提。計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)度端與各遠(yuǎn)動(dòng)終端通常構(gòu)成1：N的集散監(jiān)控與調(diào)度，通信信道則擔(dān)負(fù)調(diào)度端與各遠(yuǎn)動(dòng)終端間數(shù)據(jù)傳送的重任。4.調(diào)度端，也稱為控制中心(ControlCenter)或主站、控制站(MasterStation,ControllingStation)

計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)最主要的人—機(jī)界面部分的主要調(diào)度操作都在調(diào)度端實(shí)現(xiàn)，各遠(yuǎn)動(dòng)終端和子監(jiān)控與調(diào)度系統(tǒng)采集到的有關(guān)數(shù)據(jù)都要定時(shí)或不定時(shí)的在調(diào)度端予以匯總。根據(jù)調(diào)度端的設(shè)備配置，可分為單機(jī)調(diào)度端和多機(jī)調(diào)度端、雙機(jī)調(diào)度端和網(wǎng)絡(luò)調(diào)度端。二、計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行方式計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)有兩種運(yùn)行方式：手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行，兩種方式可任意選擇。手動(dòng)方式入指調(diào)度人員在調(diào)度機(jī)或調(diào)度員工作站上鍵盤輸入命令實(shí)施各種操作的運(yùn)行方式，主要包括以下操作：采集數(shù)據(jù)、遙控操作、輸出曲線和報(bào)表、模擬盤操作、系統(tǒng)維護(hù)。1.2遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)配置的基本模式遠(yuǎn)動(dòng)配置(Telecontrolconfiguration)是指主站與若干子站以及連接這些站的傳輸鏈路的組合體。1.點(diǎn)對(duì)點(diǎn)配置(Point-to-PointConfiguration)：主站與子站之間通過(guò)專用的傳輸鏈路相連接的一種配置。2.多路點(diǎn)對(duì)點(diǎn)配置(MultiplePoint-to-PointConfiguration)：主站通過(guò)各自鏈路與多個(gè)子站相連的一種配置，主站與各子站可同時(shí)交換數(shù)據(jù)。§1-5對(duì)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的要求(性能指標(biāo))

對(duì)任何一種遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)而言，可以用遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的性能指標(biāo)來(lái)衡量其優(yōu)劣或作為設(shè)計(jì)選型的要求，一般來(lái)說(shuō)有以下幾個(gè)方面：1.可靠性遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備中每個(gè)設(shè)備的可靠性一般用平均故障間隔時(shí)間(MTBF)即兩次偶然故障的平均間隔時(shí)間來(lái)表示。而整個(gè)系統(tǒng)的可靠性通常可以用“可用率”來(lái)表示：式中停用時(shí)間包括故障和維修時(shí)間。影響系統(tǒng)可用率的重要因素有：設(shè)備的質(zhì)量、維護(hù)檢修情況、環(huán)境條件、電源供電可靠性及其備用程度。

國(guó)外的遠(yuǎn)動(dòng)裝置平均故障間隔時(shí)間已達(dá)到30000小時(shí)，國(guó)內(nèi)要求在8000-10000小時(shí)以上。目前一般遠(yuǎn)動(dòng)裝置要求控制中心達(dá)到5000小時(shí)以上，被控站達(dá)到8000小時(shí)以上。遠(yuǎn)動(dòng)信息在傳輸過(guò)程中，會(huì)因?yàn)楦蓴_出現(xiàn)差錯(cuò)。傳輸可靠性是用信息的差錯(cuò)率來(lái)表示的。差錯(cuò)率包括誤編比特率、誤碼率、誤字節(jié)率，常用誤碼率表示。在通常情況下，差錯(cuò)率要求在信噪比大于15dB時(shí)，誤碼率小于10-5。2.容量與功能3.實(shí)時(shí)性強(qiáng)4.數(shù)據(jù)準(zhǔn)確5.設(shè)計(jì)合理6.可維護(hù)性好7.信道混用8.設(shè)備多樣化9.兼容性強(qiáng)10.使用方便11.抗干擾能力強(qiáng)第2章遠(yuǎn)動(dòng)信息與編碼

的基本理論2-1數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康木褪菫榱藗魉蛿?shù)字信息(單向或雙向)，因此一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的組成如下：解調(diào)器信道譯碼信源譯碼終端噪聲信息源信源編碼信道編碼調(diào)制器信道信息源簡(jiǎn)稱信源。發(fā)信者可能是人，也可能是機(jī)器或設(shè)備，所發(fā)送的消息形式不同，概括為信源。信源編碼器把信源送出的消息(信號(hào))變換為數(shù)字的編碼信號(hào)。提高數(shù)字信號(hào)的有效性，解除信號(hào)之間的內(nèi)在聯(lián)系，以壓縮傳輸原始消息所需的數(shù)據(jù)速率。信道編碼器又稱抗干擾編碼器。它是把信源編碼器的輸出碼序列人為地按一定規(guī)則加入多余碼元，以便在接收端發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤，降低差錯(cuò)概率，提高正確識(shí)別信號(hào)的能力，從而提高通信的可靠性。調(diào)制器是把信道編碼器輸出的數(shù)字信號(hào)變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)男盘?hào)。解調(diào)器的作用與調(diào)制器相反，它把接收到的波形轉(zhuǎn)換成數(shù)字碼序列。信道譯碼器的作用與信道編碼器相反，通過(guò)譯碼過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)或糾正信號(hào)傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的差錯(cuò)。信源譯碼器的作用與信源編碼器相反，它具有量化、譯碼和濾波三種功能，恢復(fù)原來(lái)的模擬信號(hào)。終端設(shè)備可以是人或機(jī)器、設(shè)備。§2-2信息量及數(shù)字信號(hào)傳輸要求遠(yuǎn)動(dòng)是解決如何實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳送消息的技術(shù)。例如，遙測(cè)、遙信中的數(shù)據(jù)是消息；遙控、遙調(diào)中的命令也是消息。要傳送的“消息”，對(duì)收信者來(lái)說(shuō)是“不確定”的。消息的這種不確定性可用“信息量”來(lái)表示。一個(gè)事件發(fā)生的概率越小，它的信息量就越大。所以對(duì)于要通信的事件—消息，其不確定性可用該事件出現(xiàn)的概率的倒數(shù)來(lái)表示。此外，當(dāng)該事件分成若干個(gè)獨(dú)立事件時(shí)，該事件的總信息量應(yīng)是各個(gè)單獨(dú)的信息量之和。顯然對(duì)數(shù)函數(shù)能滿足這個(gè)要求，所以消息的信息量可按下式計(jì)算：式中：P—事件發(fā)生的概率

I—該事件發(fā)生時(shí)所得的信息量。

上式中，對(duì)數(shù)底數(shù)N取決于量度信息的單位。若取2為底，信息量的單位是bit(比特)。

本節(jié)只討論各種事件都是等概率出現(xiàn)的情況。最簡(jiǎn)單事件或消息只有兩種狀態(tài)，例如開(kāi)關(guān)的消息就是“合”或“分”。這種最簡(jiǎn)單的消息所含的信息量的計(jì)算公式為：

在工程中，這就意味著最簡(jiǎn)單的具有兩種狀態(tài)的消息可用一位二進(jìn)制符號(hào)來(lái)表示。發(fā)出這樣一個(gè)符號(hào)就說(shuō)發(fā)出了1bit的信息量，收到這樣一個(gè)符號(hào)就說(shuō)收到了1bit的信息量。如果一個(gè)消息有2n個(gè)狀態(tài)，它就有n比特的信息量，可用n位二進(jìn)制符號(hào)表示。這樣，在等概率條件下，比特就可用二進(jìn)制符號(hào)的“位”概率來(lái)解釋。

一個(gè)消息如果用一位N進(jìn)制符號(hào)表示，那么它的信息量就是：

I=log2N(bit)

在信息論中，把各種消息的傳送概括定義為信息的傳送。消息的信息量相當(dāng)于被運(yùn)送貨物的“重量”，傳送信息的多少就直觀地使用“信息量”去衡量。消息傳送的速度可用信息(或碼元)傳送的速度來(lái)表示。信息傳輸速率又稱信息速率或傳信率，它被定義為每秒傳送的信息量，單位是bit/s。在離散系統(tǒng)中，一個(gè)碼元是一個(gè)N進(jìn)制符號(hào)。消息傳送速度可用碼元傳輸速度來(lái)表征。碼元傳輸速率，又稱碼元速率或傳碼率，定義為每秒鐘傳送的碼元數(shù)目，單位是Bd(波特)。例如某些遠(yuǎn)動(dòng)裝置每秒鐘傳送300個(gè)碼元，則該裝置的碼元速率是300Bd。

需要特別指出的是式I=log2N(bit)中N可以為任何整數(shù)，當(dāng)N為2時(shí)這個(gè)碼元就是二進(jìn)制符號(hào)，叫做二進(jìn)制碼元，N為4時(shí)是四進(jìn)制碼元，顯然一個(gè)四進(jìn)制碼元可以用兩個(gè)二進(jìn)制碼元表示。一般一個(gè)N進(jìn)制碼元可用log2N(整數(shù))個(gè)二進(jìn)制碼元表示。設(shè)二進(jìn)制碼元速率為R2，N進(jìn)制碼元速率為RN，則有如下轉(zhuǎn)換公式：

R2=RNlog2N(Bd)

要注意碼元速率與信息速率單位不同，但在數(shù)值上有一定的關(guān)系，每個(gè)二進(jìn)制碼元有1bit信息量，所以在二進(jìn)制下的碼元速率與信息速率在數(shù)值上相等。設(shè)信息速率為Rb，則有下列數(shù)值關(guān)系：

Rb=RNlog2N(bit/s)對(duì)數(shù)字信號(hào)的傳輸要求，可以從數(shù)量和質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面提出要求。在數(shù)量方面可用傳速率來(lái)衡量傳輸?shù)挠行裕欢谫|(zhì)量方面，可用錯(cuò)誤率來(lái)衡量傳輸?shù)目煽啃浴鬏斔俾士捎么a元速率和信息速率加以表示。傳輸錯(cuò)誤率則可有以下三種表達(dá)方式：

(1)誤碼率(Pe)：指錯(cuò)誤接收消息的碼元數(shù)在傳輸消息的總碼元數(shù)中所占的比例。

(2)誤比特率(Pb)：指錯(cuò)誤接收消息的比特?cái)?shù)在傳輸消息的總比特?cái)?shù)中所占的比例

顯然，對(duì)二進(jìn)制信號(hào)而言，誤比特率和誤碼率是相同的，即：Pb=Pe(3)誤字率(Pw)：指錯(cuò)字?jǐn)?shù)在傳輸總字?jǐn)?shù)中所占的比例。可靠性(或錯(cuò)誤率)與信息傳輸速率有關(guān)。傳輸速率越高，即每秒內(nèi)傳送的二進(jìn)制碼元越多，則每個(gè)碼元所占用的時(shí)間就越短，波形也越窄，能量亦越少，因而受到干擾后錯(cuò)誤的可能性就越大，傳送信息的可靠性就越低。反之，傳輸速率慢，則可靠性就高。在一定傳輸速率下，降低誤碼率的方法有多種，但可歸納為兩類:一是選擇適用的調(diào)制制度和調(diào)解方法；二是采用抗干擾編碼。§2-3錯(cuò)誤圖樣及差錯(cuò)控制方式為了研究各種差錯(cuò)控制方式的特點(diǎn)，首先必須了解在數(shù)據(jù)傳輸信道中所產(chǎn)生的各種差錯(cuò)的特點(diǎn)。在實(shí)際的傳輸信道中，發(fā)生差錯(cuò)的原因有接收機(jī)內(nèi)部噪聲、各種工業(yè)干擾、大氣噪聲、人為干擾等，本節(jié)中我們先討論信道中可能出現(xiàn)的差錯(cuò)類型和錯(cuò)誤圖樣，再討論相應(yīng)的信道模型。由于目前使用最多的是二進(jìn)制數(shù)據(jù)系統(tǒng)，所以本章主要以二進(jìn)制編碼為主進(jìn)行介紹。數(shù)據(jù)在信道中傳輸時(shí)要受到各種干擾，但各種干擾所引起的錯(cuò)誤都可歸納為以下兩種形式：一種稱為隨機(jī)錯(cuò)誤，另一種是突發(fā)錯(cuò)誤。所謂隨機(jī)錯(cuò)誤是指數(shù)據(jù)序列中前后碼元之間是否發(fā)生錯(cuò)誤彼此無(wú)關(guān)，產(chǎn)生這種錯(cuò)誤的信道稱為無(wú)記憶信道或隨機(jī)信道，例如深空信道、衛(wèi)星信道等。突發(fā)錯(cuò)誤與此相反，錯(cuò)誤的出現(xiàn)具有突發(fā)性，即一個(gè)錯(cuò)誤的出現(xiàn)往往影響后面一串?dāng)?shù)據(jù)，也即錯(cuò)誤之間有相關(guān)性。

假設(shè)信道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)序列為00000000…，由于干擾的影響，接收端收到的數(shù)據(jù)序列為01100100…，我們就稱為發(fā)生了一個(gè)長(zhǎng)度為b=5的突發(fā)錯(cuò)誤，這里b又稱為突發(fā)長(zhǎng)度，是該突發(fā)錯(cuò)誤中第一個(gè)錯(cuò)誤到最后一個(gè)錯(cuò)誤的長(zhǎng)度，上例中11001就稱為錯(cuò)誤圖樣。顯然，由發(fā)送的數(shù)據(jù)序列與接收到的數(shù)據(jù)序列對(duì)應(yīng)進(jìn)行模2加法運(yùn)算就可得到差錯(cuò)序列，在差錯(cuò)序列中就可得到錯(cuò)誤圖樣，例如：發(fā)送序列：00000000001111111111接收序列：01100100001010100111差錯(cuò)序列：01100100000101011000

在上列差錯(cuò)序列中有一個(gè)長(zhǎng)度為5的突發(fā)錯(cuò)誤及一個(gè)長(zhǎng)度為6的突發(fā)錯(cuò)誤。這兩個(gè)突發(fā)錯(cuò)誤的錯(cuò)誤圖樣分別為11001及101011，差錯(cuò)序列和錯(cuò)誤圖樣中的0表示該位沒(méi)有發(fā)生錯(cuò)誤，1表示該位發(fā)生了錯(cuò)誤。發(fā)生這種突發(fā)錯(cuò)誤的信道稱為記憶信道或突發(fā)信道，例如短波、散射、有線等信道。由于實(shí)際信道的復(fù)雜性，所呈現(xiàn)出的錯(cuò)誤往往不是單一的，而且隨機(jī)和突發(fā)錯(cuò)誤并存在這種信道稱為組合信道或復(fù)合信道。

由以上討論可知，接收序列和發(fā)送序列的模2和序列即差錯(cuò)序列，完全反映了信道中產(chǎn)生差錯(cuò)的情況，當(dāng)重點(diǎn)討論信道的差錯(cuò)統(tǒng)計(jì)特性時(shí)，就可以不管信道的物理特性，而只需要研究差錯(cuò)序列中0、1的統(tǒng)計(jì)特性。對(duì)隨機(jī)信道來(lái)說(shuō)，差錯(cuò)序列中1的分布是隨機(jī)的，而對(duì)突發(fā)信道來(lái)說(shuō)，1的分布是密集的。為了從數(shù)學(xué)上描述差錯(cuò)序列的這種0、1分布規(guī)律，并由此得到估計(jì)各種差錯(cuò)控制系統(tǒng)的性能所需的資料，就提出了用數(shù)學(xué)模型來(lái)描述差錯(cuò)序列，這就是信道模型。為了發(fā)現(xiàn)在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的差錯(cuò)并加以糾正，并從整體出發(fā)應(yīng)該考慮如何控制出現(xiàn)的差錯(cuò)，稱為差錯(cuò)控制方式。

差錯(cuò)控制方式可以分成下圖所示的四種基本類型。在圖中深色方框表示在該端檢查出差錯(cuò)。發(fā)端收端可以糾正錯(cuò)誤的碼能夠發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的碼應(yīng)答信號(hào)可以糾正和發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的碼應(yīng)答信號(hào)數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信息FECARQHECIRQ1．前向糾錯(cuò)(FEC)

前向糾錯(cuò)方式FEC(ForwardErrorCorrection)是在發(fā)送端將數(shù)據(jù)信息按一定的規(guī)則附加余碼元，組成糾錯(cuò)碼。接收端收到碼后，按預(yù)先規(guī)定的規(guī)則進(jìn)行譯碼，首先判斷接收碼組中是否發(fā)生過(guò)錯(cuò)誤，若有錯(cuò)誤則確定錯(cuò)誤的位置并把它糾正。FEC方式的優(yōu)點(diǎn)是：不需要反饋信道，能用于單向通信，適用于一點(diǎn)發(fā)送多點(diǎn)接收的同播系統(tǒng)，譯碼遲延固定，適用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)。缺點(diǎn)是：譯碼設(shè)備比較復(fù)雜，所用糾錯(cuò)碼必須與信道的差錯(cuò)統(tǒng)計(jì)特性相一致，為了糾正較多的錯(cuò)誤要求附加的冗余碼元較多，可達(dá)25％一50％，因而傳輸效率較低，當(dāng)信道中產(chǎn)生的錯(cuò)誤超過(guò)碼的糾錯(cuò)能力時(shí)，就有可能把錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)送給用戶(即發(fā)生錯(cuò)譯)。2．自動(dòng)回詢重傳(ARQ)

這種方式又可稱為檢錯(cuò)重傳、判決反饋或反饋糾錯(cuò)，記作ARQ(Automatic

RepeatRequest)。這種方式總的來(lái)說(shuō)就是發(fā)送端發(fā)送檢錯(cuò)碼，接收端檢查出差錯(cuò)后，經(jīng)由反向信道要求發(fā)送端重發(fā)的一種差錯(cuò)控制方式。具體來(lái)說(shuō)又可分為等待發(fā)送ARQ、重發(fā)i次的SW(i)ARQ、重返2(N)-ARQ、選擇重發(fā)ARQ等不同的種類。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是：只需少量的冗余碼元(5％～20％)就能獲得極低的輸出誤碼率，并且所使用的檢錯(cuò)碼基本上與信道的差錯(cuò)統(tǒng)計(jì)特性無(wú)關(guān)，自適應(yīng)能力較強(qiáng)，譯碼器比較簡(jiǎn)單，成本較低。缺點(diǎn)是：必須有反饋信道，不能用于單向傳輸系統(tǒng)及同播系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制比較復(fù)雜，當(dāng)信道干擾大時(shí)通信效率會(huì)大大降低，因而影響實(shí)時(shí)性。3．混合差錯(cuò)控制方式(HEC)

如果將FEC和ARQ適當(dāng)結(jié)合起來(lái)，就能克服各自的缺點(diǎn)，這就是混合差錯(cuò)控制方式，也稱混合糾錯(cuò)方式HEC(HybridErrorCorrection)。HEC系統(tǒng)是在ARQ系統(tǒng)中包含一個(gè)FEC系統(tǒng)，發(fā)送端同時(shí)具有糾錯(cuò)和檢錯(cuò)能力的碼組，接收端收到碼組后，如果差錯(cuò)在碼的糾錯(cuò)能力以內(nèi)，則自動(dòng)地進(jìn)行糾正，如果信道的干擾很嚴(yán)重，錯(cuò)誤超過(guò)了碼的糾錯(cuò)能力，但尚能檢測(cè)出來(lái)，則經(jīng)反饋信道請(qǐng)求發(fā)送端重發(fā)該組數(shù)據(jù)。這樣可以使整個(gè)系統(tǒng)具有較高的可靠性和較高的信息通過(guò)量。4．信息反饋(1RQ)

也就是信息重傳請(qǐng)求IRQ(InformationRepeatRequest)，將接收到的數(shù)據(jù)原封不動(dòng)地通過(guò)反饋信道送回到發(fā)送端。發(fā)送端把反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)與發(fā)送出去的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如不一致就重發(fā)該組數(shù)據(jù)，直到?jīng)]有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤為止。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是：不需要糾錯(cuò)、檢錯(cuò)譯碼器，控制設(shè)備和檢錯(cuò)設(shè)備都比較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是：要有和前向信道完全相同的反饋信道，在發(fā)送端需要有一定容量的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)發(fā)送碼組以備比較。§2．4抗干擾編碼的基本概念及理論2．4．1數(shù)字遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)模型抗干擾編碼亦稱信道編碼或檢糾錯(cuò)編碼。遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)從發(fā)送端經(jīng)信道傳送到接收端，由于在信道中不可避免地存在著干擾和噪聲，這就有可能在接收時(shí)產(chǎn)生差錯(cuò)。數(shù)字式遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的主要任務(wù)是快速準(zhǔn)確地傳遞消息。從通信觀點(diǎn)我們把它看成下圖所示的模型。

接收設(shè)備噪聲信源信源編碼器抗干擾編碼器信道抗干擾譯碼器信源編碼器SMCRM'S'

信源泛指被傳送的各種參數(shù)、狀態(tài)和命令。以供電系統(tǒng)為例，信源可以是開(kāi)關(guān)的合閘或分閘狀態(tài)、電壓、功率、頻率等數(shù)值，也可以是遙控遙調(diào)的命令內(nèi)容。信源的輸出S可以是續(xù)變化的模擬信號(hào)波形或離散的符號(hào)或文字圖樣。信源編碼器是將各種形式的信源，經(jīng)變送器、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路或其他各種編碼電路變成離散的代碼，即信源編碼器把S變換為由k個(gè)信息元組成的二進(jìn)制信息序列M。序列中的每一位“0”或“1”稱為一位碼元。對(duì)信源編碼的要求有兩點(diǎn)：一是使代表信源S的碼元數(shù)的個(gè)數(shù)盡量少；二是要能從信息序列M重現(xiàn)原來(lái)的信源S。故信源編碼又稱有效性編碼。

抗干擾編碼器的作用是根據(jù)一定的原則，將k個(gè)信息元組成的信息序列M變成k+r個(gè)碼元組成的二進(jìn)制數(shù)字序列C，C稱為碼字。因?yàn)樾旁淳幋a是從有效性考慮，它產(chǎn)生的信息序列M是沒(méi)有抗干擾能力的，抗干擾編碼的目的是提高信息序列M的抗干擾能力，使之能應(yīng)付信息中的干擾。信道是傳輸信號(hào)的媒質(zhì)。信道有多種類型，傳輸運(yùn)動(dòng)信號(hào)的信道有通信電纜線對(duì)、微波、散射波信道等。信道中存在著各種類型的干擾，稱為噪聲。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的噪聲有雷電、電弧、電火花、無(wú)線電臺(tái)頻率干擾、多路通信的路際干擾等。任何遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中，干擾是永遠(yuǎn)存在的，不同的信道有不同的干擾源，信道編碼就是抗干擾的措施之一。信道是包括調(diào)制器、實(shí)際通信線以及調(diào)解器在內(nèi)的廣義信道。碼字C調(diào)制后在傳輸過(guò)程中可能受到干擾和噪聲的影響，解調(diào)器對(duì)每個(gè)接收到的碼元進(jìn)行判決，其輸出的數(shù)字信號(hào)R可能與發(fā)送碼字C不一致，這時(shí)就產(chǎn)生了傳輸差錯(cuò)。抗干擾澤碼器根據(jù)接收序列R、抗干擾編碼規(guī)則及信道特性，完成以下兩項(xiàng)任務(wù)：

(1)設(shè)法檢查并糾正R中的傳輸錯(cuò)誤，產(chǎn)生真正發(fā)送碼子C的估值。

(2)變換C為信道序列M的估值M′。信源譯碼器根據(jù)信源編碼規(guī)則，變M′為原信源輸出S的估值S′，并送至用戶使用。若信道平靜(無(wú)噪聲)，則估值C′、M′、S′分別等于C、M、S，若干擾嚴(yán)重，最后產(chǎn)生的S將會(huì)與真正的信源輸出S很不一樣。設(shè)計(jì)良好的抗干擾編碼器-譯碼器對(duì)，是提高信息傳輸可靠性的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)出的抗干擾編、譯碼器應(yīng)根據(jù)信道實(shí)際存在的干擾類型，做到：

(1)編出的碼字能盡快地在噪聲信道上傳輸，即提高傳輸率。(2)在傳輸率一定的條件下，使錯(cuò)誤概率盡量小。也就是使碼字的抗干擾能力強(qiáng)，在收端能正確地再現(xiàn)信息序列M。抗干擾編碼的基本原理就是如上所述，在表示信息的數(shù)字信號(hào)中，按一定規(guī)則附加一些不含信息的多余碼元，以便能發(fā)現(xiàn)或糾正信號(hào)在傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤。若表示信息的數(shù)字信號(hào)由k個(gè)碼元組成，我們稱這個(gè)k個(gè)碼元為信息元，按照一定規(guī)則附加的r個(gè)不含有信息的碼元稱為監(jiān)督元，而n=k+r個(gè)碼元組成的數(shù)字序列共有2n種可能的組合。這些組合稱之為組。我們只采用其中k個(gè)信息位組成2k個(gè)組，稱為許用碼組，簡(jiǎn)稱碼字。而剩下的(2n-2k)個(gè)不被采用，稱為禁用碼組。由信息元變換為碼字的過(guò)程稱為抗干擾編碼。

具有一定檢測(cè)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤能力的碼，統(tǒng)稱為抗干擾碼。其中只能檢錯(cuò)的，稱為檢錯(cuò)碼；不僅能檢錯(cuò)而且能糾錯(cuò)的，則稱為糾錯(cuò)碼。抗干擾碼還可根據(jù)監(jiān)督元與信息元的不同關(guān)系，分為線性碼與非線性碼。如果信息元與監(jiān)督元之間的關(guān)系是線性關(guān)系，則稱為線性碼，否則稱為非線性碼。根據(jù)對(duì)信息元處理方法的不同，可分為分組碼與卷積碼。分組碼中的每一碼字的監(jiān)督元只與本碼字的信息元發(fā)生關(guān)系，而與別的碼字無(wú)關(guān)。卷積碼的監(jiān)督元不僅與本碼字的信息元有關(guān)，而且與前面若干碼字的信息元也有關(guān)，這就使前后幾個(gè)碼組相互發(fā)生了關(guān)聯(lián)。在分組碼中，根據(jù)碼的構(gòu)造特點(diǎn)不同，還可分為循環(huán)碼和非循環(huán)碼。任一碼字的每次循環(huán)移位，得到的是另一個(gè)碼字，稱為循環(huán)碼。無(wú)上述關(guān)系的，稱為非循環(huán)碼。2．4．2抗干擾編碼的基本原理現(xiàn)用一種按重復(fù)規(guī)則編成的線性分組碼作為例子，進(jìn)一步說(shuō)明抗干擾編碼的基本原理及一些重要概念。從上述幾個(gè)例子可見(jiàn)，一個(gè)(n，k)碼的抗干擾能力取決于兩個(gè)碼字之間對(duì)應(yīng)碼元不同的個(gè)數(shù)。在編碼理論中，任何兩個(gè)碼字之間對(duì)應(yīng)位取值不同的個(gè)數(shù)，稱為兩個(gè)碼字之間的“漢明距離”，簡(jiǎn)稱距離，用d表示。例如(4，1)重復(fù)碼兩個(gè)碼字1111和0000之間，對(duì)應(yīng)碼位有四個(gè)不同，即它們的第一、二、三、四個(gè)碼位均取值不同，所以其距離為4。一般情況(n，k)碼可有2k個(gè)不同碼字，其中任意二個(gè)碼字之間距離的最小值，稱為該(n，k)碼的最小距離d0，它是衡量碼的一個(gè)重要參數(shù)。最小距離越大，2k個(gè)碼字之間的差別越大，某一個(gè)碼字因干擾而畸變成另一個(gè)碼字的可能性越小，即該(n，k)碼的抗干擾性越強(qiáng)。在上面這些簡(jiǎn)單的例子中，(2，1)碼dO

=2，可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)錯(cuò)誤。(3，1)碼d0=3，可以糾正一個(gè)錯(cuò)誤，如果僅用于檢錯(cuò)，則可發(fā)現(xiàn)兩個(gè)錯(cuò)誤。(4，1)碼dO

=4，可以糾正一個(gè)錯(cuò)誤，同時(shí)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)錯(cuò)誤，如果僅用于檢錯(cuò)，則可發(fā)現(xiàn)三個(gè)錯(cuò)誤。由些可得到如下結(jié)論：

(1)若只要求一個(gè)(n，k)碼能發(fā)現(xiàn)e個(gè)錯(cuò)誤，則要求：

d0≥e+1(2)若只要求一個(gè)(n，k)碼能糾正t個(gè)錯(cuò)誤，則要求：

d0≥2t+1(3)若要求一個(gè)(n，k)碼發(fā)現(xiàn)e個(gè)錯(cuò)誤，并能糾正t個(gè)錯(cuò)誤，則要求：

d0≥t+e+1

檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼之間沒(méi)有界限，只是根據(jù)d0大小具體運(yùn)用不同而已。一個(gè)碼字中信息元所占的比重稱為編碼效率。碼率為R=k/n。一個(gè)碼字中，信息元所占的比重越大，則碼率越高。另一方面，R表示信道中每傳送n個(gè)單位時(shí)間中，有k個(gè)單元時(shí)間用于傳送信息。因此R的大小就表示信道中信息元的利用率的大小，故又稱R為傳信率。R越大，碼率越高，傳信率也越高，它是衡量碼字性能的一個(gè)重要參數(shù)。在編碼中的加一個(gè)重要概念是碼字的漢明重量，簡(jiǎn)稱重量。一個(gè)碼字的重量就是該碼字中非零元素的數(shù)目，用W表示，在二進(jìn)制下就是“1”的數(shù)目。一般情況下，若碼字C=(cn-1,cn-2,…,c1,c0),則碼字的重量為：式中ci為碼字中任一碼元。

由于線性碼中任意兩個(gè)碼字之和為另一個(gè)碼字，故任意兩個(gè)碼字之間的最小距離必為另一碼字的最小重量，故線性碼的最小距離等于碼的最小重量。編碼的要求主要是可靠、有效和簡(jiǎn)便。可靠就是指動(dòng)武應(yīng)該能檢測(cè)或糾正最可能出現(xiàn)的那些錯(cuò)誤類型。有效就是要在保證可靠的前提下，所加的監(jiān)督位數(shù)要少，即編碼率R要高。簡(jiǎn)便是指實(shí)現(xiàn)編譯碼的設(shè)備和方法應(yīng)力求簡(jiǎn)便。§2-5常用檢錯(cuò)碼碼字根據(jù)各碼組信息元和監(jiān)督元的函數(shù)關(guān)系，可人為線性碼和非線性碼，如果函數(shù)關(guān)系是線性的，即滿足一組線性方程式，則稱為線性碼，否則為非線性碼。如各碼元僅與本組的信息元有關(guān)，則此碼為分組碼；如果各碼元不僅與本組的信息元有關(guān)，而且還與前面若干組的信息元有關(guān)，則此碼為卷積碼。根據(jù)碼的用途，又可分為檢錯(cuò)為目的但不一定能糾錯(cuò)的檢錯(cuò)碼，和既能檢錯(cuò)又能糾錯(cuò)的糾錯(cuò)碼。下面分別介紹四種常用的檢錯(cuò)碼。1.奇偶監(jiān)督碼若構(gòu)成一個(gè)(n,n-1)碼，則有k=n-1個(gè)信息元為cn-1,cn-2,…c1，r=1個(gè)監(jiān)督元為c0，當(dāng)偶數(shù)監(jiān)督時(shí)，它們之間的關(guān)系為：

cn-1+cn-2+cn-3+…+c1=c0(模2)式中表示監(jiān)督元是所有信息元的模2相加。這樣能保證所編出的每一個(gè)碼字中“1”的數(shù)目是偶數(shù)，故稱這種(n,n-1)碼為偶數(shù)監(jiān)督碼。當(dāng)為奇數(shù)監(jiān)督時(shí)，它們之間的關(guān)系為：

cn-1+cn-2+cn-3+…+c1+1=c0(模2)式中是所有信息元與一個(gè)監(jiān)督元的模2相加為1，則編出的每一個(gè)碼字中“1”的數(shù)目是奇數(shù)，稱這種碼為奇數(shù)監(jiān)督碼。奇數(shù)監(jiān)督碼或偶數(shù)監(jiān)督碼，還可統(tǒng)稱為奇偶監(jiān)督碼(或稱奇偶校驗(yàn)碼)。奇偶監(jiān)督碼每個(gè)碼字長(zhǎng)為n位，有k=n-1位信息位，僅有一個(gè)奇偶監(jiān)督元，所以其碼率R=(n-1)/n較高，且隨著n的增加，越來(lái)越高。但其最小距離d0=2不變，因此僅能檢出1位錯(cuò)碼，無(wú)糾錯(cuò)能力。隨著n的增加，由于受到干擾而使多位碼元畸變的可能性將增大，所以實(shí)際上隨著n的增加，奇偶碼抗干擾能力將減小。由于奇偶碼的碼率高，編譯碼電路簡(jiǎn)單，具有一定的抗干擾能力，所以曾得到廣泛的應(yīng)用。可是它不能檢測(cè)偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤。這是因?yàn)榕紨?shù)個(gè)錯(cuò)誤并不能改變碼組的奇偶性質(zhì)。此外，即使發(fā)現(xiàn)“1”或”0”有奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤，也不能確定是1個(gè)還是3個(gè)或更多個(gè)奇數(shù)位錯(cuò)誤，因此不能糾正錯(cuò)誤。但是在主要存在隨機(jī)錯(cuò)誤的信道中使用奇偶碼仍很有效。2．定比碼定比碼是使所編碼字中“1”的數(shù)目保持一定，而在接收端檢查碼字中“1”的數(shù)目是否為給定常數(shù)，借此來(lái)檢出錯(cuò)碼。定比碼在遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中采用較多。簡(jiǎn)單講，這種碼就是“從n中取m”(m<n)，這里n為碼組長(zhǎng)度，m為每個(gè)許用碼組中“1”的數(shù)目，例如“從5中取3”的定比碼，就是以5位二進(jìn)制數(shù)字組成一個(gè)碼組，這樣組成的碼組總共有25=32種。定比碼規(guī)定只有準(zhǔn)確的含有3個(gè)“1”、2個(gè)“0”的那些碼組為許用碼組(故又稱3：2碼)，即為碼字，其他碼組一概為禁用碼組。n中取m碼，其許用碼組數(shù)可由下式給出：定比碼比奇偶監(jiān)督更為嚴(yán)格。其原因是由于“1“數(shù)目是一定的，所以服從數(shù)的奇偶性規(guī)律，包含有奇偶監(jiān)督。也就是說(shuō)，能發(fā)現(xiàn)所有的奇數(shù)個(gè)碼元的錯(cuò)誤。除去“1”錯(cuò)成“0”和“0”錯(cuò)成“1”的成對(duì)性錯(cuò)誤外，即使出現(xiàn)二對(duì)以上的偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤，只要“1”的數(shù)目有了變化，就能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，故檢錯(cuò)能力很強(qiáng)。下表列出了3：2定比碼的許用碼組：十進(jìn)制數(shù)3：2定比碼十進(jìn)制數(shù)3：2定比碼0011015001111010116101012110017111003101108011104110109100113.水平一致校驗(yàn)碼小平一致校驗(yàn)碼的如下表所示。把信息碼元以適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度劃分為小組，各小組按行排列，對(duì)各行的信息元進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，得到的校驗(yàn)元附在每行的后面。傳送時(shí)以列傳輸：首先傳輸?shù)谝涣校賯魉偷诙校詈髠魉托ｒ?yàn)元列。這種碼能發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)度不大于列長(zhǎng)的突發(fā)錯(cuò)誤。

110111011011101…10101小組碼字信息元校驗(yàn)元111100121011103011011411011051010114.水平垂直一致校驗(yàn)碼(方陣碼)

水平垂直一致校驗(yàn)碼又稱方陣碼。它在水平一致校驗(yàn)的基礎(chǔ)上再對(duì)列(垂直)方向的碼元進(jìn)行一次奇偶校驗(yàn)。傳送時(shí)可以按列傳送也右按行傳送。這種碼能發(fā)現(xiàn)所有長(zhǎng)度不大于n+1(n為列或行的碼元數(shù))的突發(fā)錯(cuò)誤，以及其他不少錯(cuò)誤圖樣。小組碼字信息元校驗(yàn)元11110112101110301101141101105101011校驗(yàn)元010010§2-6線性分組碼2-6-1基本概念在(n,k)分組碼中，若每一個(gè)監(jiān)督元都是碼組中某些信息元按模2和而得到的，即監(jiān)督元是按線性關(guān)系相加而得到的，則稱其為線性分組碼。或者說(shuō)，可用線性方程組表述規(guī)律性的分組碼稱為線性分組碼。線性分組碼是一類重要的糾錯(cuò)碼，應(yīng)用很廣泛。現(xiàn)以(7,4)分組碼為例來(lái)說(shuō)明線性分組碼的特點(diǎn)。設(shè)其碼字為C=[c6c5c4c3c2c1c0]，其中前4位是信息元，后3位是監(jiān)督元，可用下列線性方程組來(lái)描述該分組碼，產(chǎn)生監(jiān)督元：顯然，這3個(gè)方程是線性無(wú)關(guān)的。經(jīng)計(jì)算可得(7,4)碼的全部碼字。如下表，不難看出，它的最小碼距d0=3，它能糾正一個(gè)錯(cuò)誤或檢測(cè)兩個(gè)錯(cuò)誤。序號(hào)碼字序號(hào)碼字信息元監(jiān)督元信息元監(jiān)督元000000008100011110001011910011002001010110101001030011110111011001401001101211000015010110113110101060110011141110100701110001511111112-6-2監(jiān)督矩陣H和生成矩陣G

上述(7,4)碼的3個(gè)監(jiān)督方程式可以改寫(xiě)為：這組線性方程可用矩陣形式表示為：并簡(jiǎn)記為：HCT=0T或CHT=0其中，CT是C的轉(zhuǎn)置，0T是0=[000]的轉(zhuǎn)置，HT是H的轉(zhuǎn)置。H稱為監(jiān)督矩陣，一旦H給定，信息位和監(jiān)督位之間的關(guān)系也確定了。H為r×n階矩陣，H矩陣每行之間是彼此線性無(wú)關(guān)的。H矩陣可分成兩部分：其中，P為r×k階矩陣，I為r×r階單位矩陣。可以寫(xiě)成H=[PIr]形式的矩陣稱為典型監(jiān)督矩陣。HCT=0T，說(shuō)明H矩陣與碼字的轉(zhuǎn)置乘積必為零，可以用來(lái)作為判斷接收碼字C是否出錯(cuò)的依據(jù)。若把監(jiān)督方程補(bǔ)充為下列方程：可改寫(xiě)為矩陣形式:即變換為C=[c6c5c4c3]·G其中G稱為生成矩陣，由G和信息組就可以產(chǎn)生全部碼字。G為k×n階矩陣，各行也是線性無(wú)關(guān)的。生成矩陣也可以分為兩部分，即：其中Q為k×r階矩陣，Ik為k階單位陣，可以寫(xiě)成G=[IkQ]形式的矩陣稱為典型生成矩陣。非典型形式的矩陣經(jīng)過(guò)運(yùn)算也可以化成典型形式的生成矩陣。2-6-3伴隨式(校正子)S

設(shè)了送碼組C=[cn-1cn-2

…c1c0]，在傳輸過(guò)程中可能了生誤碼，接收碼組R=[rn-1rn-2

…r1r0]，則收發(fā)碼組之差定義為錯(cuò)誤圖樣E，也稱為誤差矢量，即：

E=R-C其中E=[en-1en-2

…e1e0]，且ei=0(當(dāng)ri=ci時(shí))或1(當(dāng)ri≠ci時(shí))。也可以寫(xiě)成R=C+E

令S=RHT，稱為伴隨式或校正子，則

S=RHT=(C+E)HT=EHT由此可見(jiàn)，伴隨式S與錯(cuò)誤圖樣E之間有確定的線性變換關(guān)系。接收譯碼器的任務(wù)就是從伴隨式確定錯(cuò)誤圖樣，然后從接收到的碼字中減去錯(cuò)誤圖樣。§2-7循環(huán)碼循環(huán)線性分組碼中的一個(gè)重要子類。它有嚴(yán)格的代數(shù)結(jié)構(gòu)，用代數(shù)方法可以找出許多編碼效率高、檢、糾錯(cuò)能力強(qiáng)的循環(huán)碼來(lái)。由于循環(huán)碼的編碼和檢錯(cuò)方法簡(jiǎn)單，而且具有許多有效的糾錯(cuò)方法，所以得到了廣泛應(yīng)用。循環(huán)碼可用多項(xiàng)式來(lái)分析，多項(xiàng)式系數(shù)是“0”或“1”.多項(xiàng)式的系數(shù)是按照冪次排列的一組有序數(shù)組，一個(gè)信息組（碼組）也是一組有序數(shù)組。所以碼組C=(cn-1cn-2

…c1c0)不但可以用一個(gè)向量表示，而且還可以用一個(gè)多項(xiàng)式表示。用以表示碼組的多項(xiàng)式叫做碼多項(xiàng)式，記作

C(x)=cn-1Xn-1+cn-2Xn-2+…+c1X+c0

兩個(gè)多項(xiàng)式的運(yùn)算是其對(duì)應(yīng)項(xiàng)系數(shù)的運(yùn)算，即分離系數(shù)法的運(yùn)算。要指出的是：系數(shù)的加法和乘法是模2加和模2乘。

一、循環(huán)碼的基本概念和特點(diǎn)

(n,k)循環(huán)碼是線性分組碼，并且任一碼字的每次循環(huán)移位(左移或右移)得到的仍是一個(gè)碼字。若cn-1cn-2

…c1c0是一個(gè)循環(huán)碼字，則循環(huán)左移一位得cn-2，…，c1，c0，cn-1也是一個(gè)碼字，再移位仍是一個(gè)碼字。一個(gè)(n,k)循環(huán)碼字循環(huán)移位一次，是原來(lái)碼多項(xiàng)式乘以X。證明如下：一個(gè)碼字可用碼多項(xiàng)式表示：

C(x)=cn-1Xn-1+cn-2Xn-2+…+c1X+c0

X·C(x)=cn-1Xn+cn-2Xn-1+…+c1X2+c0X

上式左邊是碼多項(xiàng)式，右邊是循環(huán)碼字移位一次，兩者相等。下面討論循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式：

(n,k)循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式是碼字中n-k次的碼多項(xiàng)式，記作g(x)。

(n,k)循環(huán)碼共有2k個(gè)碼字，從中取出一個(gè)前面k-1位都是0的碼字，以g(x)表示，g(x)的次數(shù)是n-1-(k-1)=n-k。首先g(x)是一個(gè)碼字，根據(jù)循環(huán)碼的定義，xg(x),x2g(x),…,xk-1g(x)都是碼字。循環(huán)碼是線性碼，由線性碼的性質(zhì)得：這k個(gè)碼字的線性組合也是一個(gè)碼字。記作：

C(x)=(mk-1Xk-1+mk-1Xk-1+…+m1X+m0)g(x)

式中mi(i=0,1,2,…,k-1)為信息位，代表“0”或“1”。在上式中取：

M(x)=mk-1Xk-1+mk-1Xk-1+…+m1X+m0

M(x)是信息多項(xiàng)式，其信息位mi為“0”或“1”，共有k個(gè)信息位，所以M(x)共有2k種形式。可生成2k個(gè)循環(huán)碼碼字。

顯然g(x)是次數(shù)最低的碼多項(xiàng)式。因?yàn)槿鬵(x)的次數(shù)為n-k-1次，則能生成2k+1個(gè)碼字，而(n,k)碼只有2k個(gè)碼字，所以是不可能的。綜上可得：

C(x)=M(x)·g(x)上式說(shuō)明：循環(huán)碼的碼字是待編信息多項(xiàng)式乘生成多項(xiàng)式而得，所有碼字都由g(x)生成。由上可知，是循環(huán)碼的(n-k)次碼序，所有循環(huán)碼字都由g(x)生成。那么沒(méi)有碼字之前怎樣得到g(x)呢？有下面定理：

(n,k)循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式g(x)是xn+1的因式。記作：

xn+1=g(x)h(x)生成多項(xiàng)式g(x)寫(xiě)作：g(x)=Xn-k+gn-k-1Xn-k-1+…+g1X+1

式是gi—生成多項(xiàng)式系數(shù)，為“0”或“1”。將生成多項(xiàng)式兩邊乘以Xk得：

Xk·g(x)=Xn+gn-k-1Xn-1+…+g1Xk+1+Xk=(Xn+1)+(gn-k-1Xn-1+…+g1Xk+1+Xk+1)上式右端中g(shù)n-k-1Xn-1+…+g1Xk+1+Xk+1是g(x)循環(huán)移位k次后所得到的多項(xiàng)式，g(x)是碼字，循環(huán)移位后也應(yīng)是碼字，上式可寫(xiě)成：

Xk·g(x)=Xn+1+M(x)·g(x)Xn+1=（Xk

+M(x))·g(x)

上式說(shuō)明了g(x)是Xn+1的因式。

要得到g(x)

，就要將Xn+1進(jìn)行因式分解。例如X7+1可分解為：

X7+1=(X+1)(X3+X2+1)(X3+X+1)要構(gòu)成(7,3)循環(huán)碼，必須取g(x)為四次方程式。令：

g(x)=(X+1)(X3+X+1)=X4+X3+X2+1即可生成(7,3)循環(huán)碼。二、循環(huán)碼的編碼由前面分析我們知道C(x)=M(x)·g(x)，此式可以編成循環(huán)碼，但它生成的不是前段為信息位、后段為監(jiān)督位的系統(tǒng)碼格式。如g(x)=X4+X3+X2+1，M(x)=X生成的(7,3)循環(huán)碼碼字為：

C(x)=X(X4+X3+X2+1)=X5+X4+X3+X對(duì)應(yīng)的碼字為0111010。系統(tǒng)碼要求前面三位是信息組(010)，現(xiàn)在是(011)，所以不是系統(tǒng)碼格式的碼字。可將該式理解為：“任一循環(huán)碼碼字都是g(x)的倍式”。把它改變一下形式就能編出系統(tǒng)碼格式來(lái)。對(duì)(n,k)循環(huán)碼，編碼步驟如下：(1)將待編信息乘以Xn-k，得：

Xn-k·M(x)(2)將Xn-k·M(x)除以生成多項(xiàng)式g(x)

，得余式R(x)。記作：

Xn-k·M(x)=Q(x)·g(x)+R(x)

Xn-k·M(x)+R(x)=Q(x)·g(x)上式說(shuō)明Xn-k·M(x)+R(x)是g(x)的倍式，所以它是碼字C(x)。即：

C(x)=Xn-k·M(x)+R(x)式中Xn-k·M(x)的最低次是Xn-k。R(x)的最高次為(n-k-1)，因?yàn)間(x)是(n-k)次，余式應(yīng)比g(x)的次數(shù)低。Xn-k·M(x)的最高次是(n-1)，最低次為(n-k)，所以Xn-k·M(x)+R(x)是將M(x)左移(n-k)位，再在后面加上監(jiān)督位R(x)，構(gòu)成系統(tǒng)碼格式的碼字。§2.8循環(huán)碼的檢錯(cuò)及糾錯(cuò)能力一、伴隨式計(jì)算及糾錯(cuò)假設(shè)發(fā)送端發(fā)送碼字為：

C(x)=cn-1Xn-1+cn-2Xn-2+…+c1X+c0

接收端收到碼字為：

R(x)=rn-1Xn-1+rn-2Xn-2+…+r1X+r0

則有：

R(x)=P(x)g(x)+S(x)S(x)稱為接收碼字的伴隨式，最多可取2n-k種不同值。若S(x)=0，譯碼判斷R(x)就是發(fā)端發(fā)來(lái)的碼字；若S(x)≠0，認(rèn)為接收碼字錯(cuò)誤。錯(cuò)誤圖樣E(x)=en-1Xn-1+en-2Xn-2+…+e1X+e0又R(x)=C(x)+E(x)=Q(x)*g(x)+s’(x)可見(jiàn)伴隨式中包含有疊加在發(fā)送碼字上的錯(cuò)誤信息，所以不僅可利用伴隨式進(jìn)行檢錯(cuò)，還可用伴隨式完成一定范圍的糾錯(cuò)。若R(x)中的錯(cuò)誤碼元數(shù)為t，則

t≤(d0-1)/2時(shí)，對(duì)任何一種重量為t的錯(cuò)誤圖樣，唯一對(duì)應(yīng)一個(gè)伴隨式；

(d0-1)/2

＜t≤d0-1時(shí)，可以出現(xiàn)多個(gè)錯(cuò)誤圖樣對(duì)應(yīng)一個(gè)伴隨式的情況，此時(shí)不能由伴隨式確定唯一的錯(cuò)誤圖樣，不能完成糾錯(cuò)，但可以檢錯(cuò)；

t>d0時(shí)，伴隨式會(huì)出現(xiàn)等于0和不等于0兩種情況，不能完成檢錯(cuò)。二、循環(huán)碼的檢錯(cuò)能力1.循環(huán)碼的檢隨機(jī)差錯(cuò)的能力(1)能檢出發(fā)送碼字中所有單個(gè)錯(cuò)誤；(2)若g(x)的項(xiàng)數(shù)為偶數(shù)，則可以檢出所有奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤；(3)若g(x)中含有因式(x+1)，則g(x)的項(xiàng)數(shù)必為偶數(shù)2.循環(huán)碼檢突發(fā)差錯(cuò)的能力任意一種突發(fā)差錯(cuò)的錯(cuò)誤圖樣可記為：

E(x)=xiB(x)式中B(x)為b-1次多項(xiàng)式，一個(gè)突發(fā)長(zhǎng)度為b的突發(fā)錯(cuò)誤，其首位和末位有錯(cuò)，中間碼元可能有錯(cuò)也可能無(wú)錯(cuò)，所以B(x)=Xb-1+bb-2Xb-2+…+b1X+1(1)由n-k次g(x)生成的循環(huán)碼，能檢出所有b≤n-k的突發(fā)錯(cuò)誤；(2)若b=n-k+1時(shí)，則不能檢出的突發(fā)錯(cuò)誤占同樣長(zhǎng)度的突發(fā)錯(cuò)誤總數(shù)的2-(n-k-1)；(3)若b>n-k+1時(shí)，則不能檢出的突發(fā)錯(cuò)誤占同樣長(zhǎng)度的突發(fā)錯(cuò)誤總數(shù)的2-(n-k)；§2.9陪集碼群同步是用插入特定的同步碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的。除了這種方法以外，還可不用特定的同步碼，利用碼組本身的特性也能檢查出同步來(lái)，這種碼叫自同步碼，遠(yuǎn)動(dòng)中采用陪集碼。

循環(huán)碼循環(huán)移位后仍是一個(gè)碼字，所以它的抗失步能力較弱。若改為陪集碼，既保持循環(huán)碼的代數(shù)性質(zhì)和最小碼距，又能保護(hù)同步，遠(yuǎn)動(dòng)中用它來(lái)檢查失步造成的錯(cuò)碼。1.定義在(n,k)循環(huán)碼的碼字上，加上一個(gè)固定的數(shù)字序列而生成的分組碼稱為陪集碼，表示為：

T(x)=C(x)+P(x)式中C(x)—(n,k)循環(huán)碼多項(xiàng)式

P(x)—陪集首多項(xiàng)式，它是一個(gè)次數(shù)小于n的固定多項(xiàng)式，且P(x)不是碼字適當(dāng)選擇P(x)，可使陪集碼具有一定的檢查失步和恢復(fù)同步能力。

收端收到一個(gè)陪集碼T(x)，首先要消去陪集首多項(xiàng)式，即進(jìn)行T(x)+P(x)的運(yùn)算，然后按循環(huán)碼檢錯(cuò)進(jìn)行譯碼，檢、糾錯(cuò)能力與原循環(huán)碼相同。電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約中，P(x)取為

B(x)=Xn-k-1+Xn-k-2+…+X+1

即把所有監(jiān)督位取反，對(duì)于(48,40)碼，為FFH。§2-8循環(huán)碼的編譯碼算法系統(tǒng)循環(huán)碼的編碼是將信息多項(xiàng)式M(x)乘以Xn-k，再除以生成多項(xiàng)式g(x)，把所得余式R(x)與g(x)模2加，便得到碼字C(x)。譯碼時(shí)用接收碼字去除以生成多項(xiàng)式g(x)，判余式是否為零。由此可見(jiàn)，無(wú)論編碼還是譯碼，都要進(jìn)行多項(xiàng)式的除法運(yùn)算，求余式。二元域上的多項(xiàng)式的除法運(yùn)算，可以用多項(xiàng)式計(jì)算，也可以用多項(xiàng)式對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制序列運(yùn)算。當(dāng)用生成多項(xiàng)工g(x)=X3+X+1生成(7,4)系統(tǒng)循環(huán)碼時(shí)，對(duì)信息多項(xiàng)式M(x)=X3+X2+X+1的編碼和對(duì)它生成的碼字進(jìn)行譯碼的除法運(yùn)算，可以用二進(jìn)制序列計(jì)算如下：

11011101.1011)11110001011)111111110111011.100000中間余數(shù)100111中間余數(shù)

10111011.01100中間余數(shù)01011中間余數(shù)

00000000.1100中間余數(shù)1011中間余數(shù)

10111011.111最后余數(shù)000最后余數(shù)在運(yùn)算中，當(dāng)被除數(shù)或中間余數(shù)的位數(shù)不小于除數(shù)位數(shù)n-k+1時(shí)，若被除數(shù)或中間余數(shù)的最高位為1，則商取1，同時(shí)將被除數(shù)或中間余數(shù)的前面n-k+1位與除數(shù)的n-k+1位模2相加，得加一個(gè)中間余數(shù)；若被除數(shù)或中間余數(shù)的位數(shù)不小于n-k+1，但最高位是0，則商取0，在被除數(shù)或中間余數(shù)的前n-k+1位模2加n-k+1個(gè)0，得新的中間余數(shù)，直到最高位是1，重復(fù)前面運(yùn)算過(guò)程；當(dāng)中間余數(shù)位數(shù)等于n-k時(shí)，運(yùn)算結(jié)束，這個(gè)中間余數(shù)就是最后余數(shù)。

多項(xiàng)式的除法運(yùn)算，可以用反饋移位寄存器實(shí)現(xiàn)，構(gòu)成除法電路。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)循環(huán)碼的編碼和譯碼可以不采用除法電路，而直接用程序來(lái)完成編碼和譯碼的除法運(yùn)算。(n,k)系統(tǒng)循環(huán)碼的編譯碼，要分別完成xn-km(x)/g(x)和S(x)/g(x)的除法運(yùn)算，它們都是n位二進(jìn)制序列除以n-k+1位二進(jìn)制序列的除法運(yùn)算。如果按通常的除法運(yùn)算過(guò)程進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，程序執(zhí)行的時(shí)間較長(zhǎng)。為了提高運(yùn)算速度，可以采用一種快速簡(jiǎn)便的查表算法實(shí)現(xiàn)除法運(yùn)算，稱為軟件表法。一、軟件表法I

軟件表法I應(yīng)用在校驗(yàn)位較少，即n-k比較小的情況。它可以處理信息位k是較驗(yàn)位n-k的整數(shù)倍和信息位不是校驗(yàn)位的整數(shù)倍兩種情況。

下面僅討論信息位正好為校驗(yàn)位的整數(shù)倍，即k=p(n-k)(p為整數(shù))時(shí)，軟件表算法I的實(shí)現(xiàn)方法。設(shè)k位信息序列M=mk-1,mk-2,…,m1,m0,若對(duì)其進(jìn)行編碼，軟件表算法I的步驟是：

(1)把k位信息序列M分成長(zhǎng)度為n-k位的p個(gè)信息段，記為M=M1,M2,…Mp。

(2)在第一個(gè)信息段M1后面添加n-k個(gè)零，然后除以生成多項(xiàng)式g(x)得余數(shù)r1。再將余數(shù)r1與第二個(gè)信息段M2模2加得M’2。

(3)在M’2后面添加n-k個(gè)零，然后除以生成多項(xiàng)式g(x)得余數(shù)r2。再將余數(shù)r2與第三個(gè)信息段M3模2加得M’3。

(4)對(duì)M’3按步驟(3)進(jìn)行得M’4，如此下去直到對(duì)M’p按步驟(3)進(jìn)行得到rp，它就是信息序列M編碼就得的余數(shù)。這時(shí)信息序列M對(duì)應(yīng)的碼字是C=M1,M2,…Mp,rp。碼字中的Mi(i=1,2,…,p)和rp都是n-k位的二進(jìn)制序列。

軟件表算法I把xn-km(x)/g(x)的除法運(yùn)算變成了分段進(jìn)行的除法運(yùn)算。并且每一段運(yùn)算都是在n-k位二進(jìn)制序列后面添加n-k個(gè)零，再除以生成多項(xiàng)式求余數(shù)。對(duì)長(zhǎng)度為n-k位的二進(jìn)制序列，最多只有2n-k種不同取值，所以算法中進(jìn)行的除法運(yùn)算，被除數(shù)最多只能取2n-k個(gè)不同值。因此可以事先完成這2n-k個(gè)被除數(shù)除以生成多項(xiàng)式的除法運(yùn)算，并把計(jì)算出的2n-k個(gè)余數(shù)稱為中間余數(shù)存在內(nèi)存中，建立一個(gè)中間余數(shù)表。以后對(duì)任何長(zhǎng)為k位的信息編碼時(shí)，各信息段的除法運(yùn)算只要用信息段的取值去查表，便可以找到該信息段對(duì)應(yīng)的中間余數(shù)。從而避免了對(duì)每個(gè)信息段進(jìn)行一次求余數(shù)的除法運(yùn)算。這個(gè)中間余數(shù)表也稱為軟件表，這種算法稱為軟件表算法I。當(dāng)用軟件表算法I對(duì)接收碼字譯碼時(shí)，先作該算法對(duì)接收碼字中的k位信息分段查表，求出接收碼字中信息位的余數(shù)。再將計(jì)算出的信息位的余數(shù)與接收碼字中的校驗(yàn)位模2加，得到的結(jié)果便是接收碼字的伴隨式。例：已知g(x)=x8+x2+x+1，設(shè)待編碼的信息序列M=1100101111100011101000010011110100000001試用軟件表法I生成一個(gè)（48，40）系統(tǒng)循環(huán)碼碼字。軟件表算法I中，中間余數(shù)的個(gè)數(shù)為2n-k個(gè)，中間余數(shù)的位數(shù)為n-k位。當(dāng)n-k太大時(shí)，軟件表占內(nèi)存容量過(guò)大。因此，該算法一般用在n-k比較小的情況。二、軟件表算法II

當(dāng)n-k比較大時(shí)，為了減少軟件表所占內(nèi)存單元和數(shù)量，可采用軟件表算法II實(shí)現(xiàn)循環(huán)碼的編譯碼。軟件表算法II對(duì)校驗(yàn)位n-k為偶數(shù)和為奇數(shù)時(shí)，分兩種情況處理。下面僅討論n-k為偶數(shù)，并且信息位k正好是(n-k)/2的整數(shù)倍，即k=p(n-k)/2(p為整數(shù))的情況。

設(shè)信息序列M=mk-1,mk-2,…,m1,m0,若對(duì)其進(jìn)行編碼，軟件表算法II的步驟是：

(1)把k位信息序列M分成長(zhǎng)度為(n-k)/2位的p個(gè)信息段，記為M=M1,M2,…Mp。

(2)在第一個(gè)信息段M1后面添加n-k個(gè)零，然后除以生成多項(xiàng)式g(x)得余數(shù)r1。再將n-k位中間余數(shù)r1分成兩段，前半段的(n-k)/2位是高位段，記為r1H,后半段的(n-k)/2位為低位段，記為r1L。

(3)將r1H與第二個(gè)信息段M2模2加，得M’2。在M’2后面添加n-k個(gè)零，然后除以生成多項(xiàng)式，得中間余數(shù)r2，再將n-k位中間余數(shù)r2分成兩段，前半段的(n-k)/2位是高位段，記為r2H,后半段的(n-k)/2位為低位段，記為r2L。

(4)將r2H和r1L與第三個(gè)信息段M3模2加，得到得M’3=r2H+r1L+M3。在M’3后面添加n-k個(gè)零，然后除以生成多項(xiàng)式，得中間余數(shù)r3，再將n-k位中間余數(shù)r3分成兩段，前半段的(n-k)/2位是高位段，記為r3H,后半段的(n-k)/2位為低位段，記為r3L。(5)對(duì)M3后面的信息段重復(fù)步驟(4)，直到求出M’p=r(p-1)H+r(p-2)L+Mp。在M’p后面添加n-k個(gè)零，然后除以生成多項(xiàng)式，得中間余數(shù)rp，再將n-k位中間余數(shù)rp分成兩段，前半段的(n-k)/2位是高位段，記為rpH,后半段的(n-k)/2位為低位段，記為rpL。將rpH與r(p-1)L模2加得rH=rpH+r(p-1)L,令rL=rpL。則rH和rL分別為信息序列M的余式r的高(n-k)/2位和低(n-k)/2位。記為r=rHrL。則C=M1,M2,…,Mp,rH,rL。C中的Mi(i=1,2,…,p)，rH和rL都是(n-k)/2位的二進(jìn)制序列。

第4章遠(yuǎn)動(dòng)信息的信源編碼4.1開(kāi)關(guān)量采集接口（遙信量的采集與處理）遙信信息是二元狀態(tài)量，即是說(shuō)對(duì)于每一個(gè)遙信對(duì)象而言它有兩種狀態(tài)，兩種狀態(tài)為“非”的關(guān)系。因此一個(gè)遙信對(duì)象正好可以對(duì)應(yīng)于計(jì)算機(jī)中二進(jìn)制碼的一位，“0”狀態(tài)與“1”狀態(tài)。在電力系統(tǒng)中，遙信信息可以表示設(shè)備的啟停、斷路器的投切、隔離開(kāi)關(guān)的開(kāi)合、告警信號(hào)的有無(wú)、保護(hù)動(dòng)作與否等。

一．遙信對(duì)象狀態(tài)的采集遙信信息通常由電力設(shè)備的輔助接點(diǎn)提供，輔助接點(diǎn)的開(kāi)合直接反映出該設(shè)備的工作狀態(tài)。提供給遠(yuǎn)動(dòng)裝置的輔助接點(diǎn)大多為無(wú)源接點(diǎn)，即空接點(diǎn)，這種接點(diǎn)無(wú)論是在“開(kāi)”狀態(tài)還是“合”狀態(tài)下，接點(diǎn)兩端均無(wú)電位差。另一類輔助接點(diǎn)則是有源接點(diǎn)，有源接點(diǎn)在“開(kāi)”狀態(tài)時(shí)兩端有一個(gè)直流電壓，是由系統(tǒng)蓄電池提供的110V或220V直流電壓。一些保護(hù)信號(hào)提供此類接點(diǎn)。

下圖給出了兩類觸點(diǎn)信號(hào)的例子。圖(a)