導語：如何才能寫好一篇數字通信的優點，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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Abstract: Digital communication is a new industry in the communications industry. Compared with the traditional analog communications, it has a strong anti-interference ability, the communication quality is not influenced by distance, the signal is easy to modulate, the secrecy is high, can discover and control errors, can be connected to a computer, can support a variety of communications business, its equipment requirements is low. This paper introduces the characteristics of digital communication, simulating communication, and makes a compare for them, sums up the advantages of digital communication, in addition, it also introduces the application field of digital communication and development prospect.

關鍵詞： 數字通信系統；數字信號；應用

Key words: digital communication system；digital signal；application

中圖分類號：TN919文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2012）09-0145-01

1數字通信與模擬通訊的介紹及比較

1.1 數字通信數字通信是指用數字信號作為載體來傳輸信息，或者用數字信號對載波進行數字調制后在傳輸的通信方式。通俗說來，即是利用數字信號來傳遞消息?！?”和“1”是數字通信中運用的兩種符號，數字通信系統按著一定的規律，在編碼器中先將消息信號進行采樣，對樣本進行0，1編碼的數字化處理，使其形成呈一定排列形狀的組合代碼，再進入通信線路將此代碼送到對方。對方收到電碼后，由解碼器還原為原來的電話信號，由此實現通信傳遞的目的。數字通信的主要技術設備包括發射器、接收器以及傳輸介質，具體傳遞流程則為信源－調制器－編碼器－加密器－信道－解密器－解碼器－解調器－信宿 。

數字通信的信息源和接受者可以是人，也可以是機器，因此數字通信可以實現人與人之問、人與機器之間、機器與機器之間的通信。此外數字通信具有抗干擾能力強、易于調制、可加密，還可與計算機連接的特點。

1.2 模擬通信模擬通信是一種以模擬信號傳輸信息的通信方式，將聲音、光等非電的信號輸入到變換器，使其輸出連續的電信號，電信源碼的不同，其振動頻率或振幅會隨之變化。人們則利用波形圖相位的變化來還原信號信息。模擬通信系統主要由用戶設備、終端設備和傳輸設備等部分組成。模擬通信系統可用來傳遞話音、電報、傳真等低速數據。

1.3 數字通信與模擬通信的比較模擬通信技術成熟，其信號形成簡單、直觀，系統設備簡單，占用頻帶也較窄。模擬信號是通過直接調制的形式形成的，其信號傳播過程中易發生畸形，一旦受到干擾，隨系統的沖擊是不可修復的。因此，模擬信號通信質量、抗干擾能力較差。電話、無線通訊中運用的則是模擬信號。

1.4 數字通信的優點數字通信與模擬通信相比具有明顯的優點。它抗干擾能力強，通信質量不受距離的影響，信號易于調制、保密性高，能自動發現和控制差錯，可與計算機相連，能支持多種通信業務，具體介紹如下：

其一，數字通信比模擬通信抗干擾能力強。一方面，數字信號傳播的形式簡單，只有“0”、“1”兩種區別鮮明的形式，即是傳播過程中經由信號放大器，信號在到達終端接收器時，仍然可重新再生復原。另一方面，數字信號是以離散性的形式進行傳播，雖然也不可避免的會受到系統外部以及系統內部的噪聲干擾，但是只要噪聲絕對值在一定的范圍內就可以消除噪聲干擾，不會出現信號噪聲疊加在一起，并隨著信號被傳輸、被放大，進而將影響通信質量的現象。

其二，遠距離傳輸仍能保證通信質量。數字信號遠距離傳播時，采取的形式為再生中繼，此方式能夠消除長距離傳輸噪音對數字信號的影響，而且再生的數字信號和原來的數字信號一樣，可以繼續進行傳輸，通信質量便不受距離的影響。

其三，數字信號易于調制。雖然數字信號較模擬信號更加方便快捷，但是在實際生活中，模擬電路占有的通信比例仍然不小。那么，數字信號能否利用已經建立起來的四通八達的模擬電路進行傳輸呢？答案是肯定的，只需在數字終端設備和模擬電路之間加裝以調制、解調為主體的接口設備，便可實現。由于數字信號只存在“0”和“1”兩種狀態，其信號調制則相當簡單，具有波形變換速度快、調整測試方便、體積小、設備可靠性高等特點。一般而言，數字調幅、數字調頻、數字調相十數字調制最常用的三種方式。

其四，數字信號比模擬信號保密性強。由于無線電波是朝著四面八方的方向傳播的，只要終端接收器對口，每個人都可以接收到傳播內容。數字通信可以將其信號在編碼器與密碼相捆綁，在進入信道傳播，接收方則通過解碼器解除密碼限制，取得信號傳播內容，由此避免了傳播信息外漏的現象。數字信號加密只需通過簡單的“加”、“減”等邏輯運算，按照一定規律將密碼“加”到語音電碼中去，將包含著語音信息的電碼進行傳播。

此外，數字通信對其設備中所用電路的要求較簡單，有著輕巧、故障少、耗電低、成本低的集成電路即可滿足通信需求。數字信號還便于和電子計算機結合，由計算機來處理信號，使得數字通信系統更加靈活通用，也為各類如電話、電報、圖像以及數據傳輸業務的開展提供了更加便利的條件。

2數字通信系統的應用

編碼、調制、解調、解碼以及過濾等都是數字通信系統的關鍵性技術，其中數字信號的調制以及解調更是被廣泛各個行業廣泛應用。當前，調幅、調相以及調頻是最為常見的三種調制方式，數字調制可將信號源轉換成符合信道傳輸數據的格式，通俗說來即是在保證信號傳播安全、信息完整的前提下，通過數字調制，將基帶信號轉變為帶通信號。

此外，數字通信息系統還可為全球數字化的實現貢獻一份力量。用戶可通過網絡接口，在一地方、任一時間與現有的綜合業務數字網絡連接，從中獲取互聯網、多媒體、通話等服務。我們日常生活中的電腦、手機上網、視頻電話、網絡會議以及數字電視等都是通過數字通信系統來進行信號傳輸。

3結束語

數字通信是通信行業發展的必然趨勢，也是萬千用戶的愿望所歸。數字通信可以大大改善通信質量、提高通信傳播速率、豐富通信內容。數字通信也促進了經濟的發展進步，不僅為整個通信連跳帶來了無限商機，其更加快捷、有保障的通信方式也為商業增添了新的活力。

參考文獻：

[1]數字通信的特點及作用[J].湖北郵電技術,1995,(04).

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［關鍵詞］ CPCI；嵌入式；音視頻監測；TS流；編碼解碼；POWERPC；FPGA

一、引言

隨著全國各地廣播電視有線網絡數字化整體平臺的轉換，有線數字電視信號已進入千家萬戶，如何保障節目信號的安全傳輸，是廣電網絡傳輸部門和廣電監管部門必須要考慮的事情，建立一套運行穩定、及時準確、高效率的監測系統勢在必行。

目前，我國在對廣播電視信號監測方面還廣泛采用的是PCI架構的通用工控機與Windows操作系統以及測量板卡組建的專用監測系統，這樣的系統存在如下問題：

1.Windows操作系統的安全漏洞、內存溢出等問題。

2.通用硬件的穩定性、可靠性不能夠滿足長期全天候運行。

3.系統硬盤長時間工作反復讀寫對硬盤的機械磨損容易損壞磁盤。

4.IPC機的硬件和軟件冗余使系統效率低、可靠性差、功耗大。

5.IPC機內的功能板卡不支持熱插拔，維護時，必須要關機。

為解決PCI架構存在的缺陷，當前的發展趨勢是采用CPCI架構研究方向發展。

采用標準的CPCI架構，具有如下優點：

1.CPCI開放的總線技術，有利于各類系統集成，可以隨時增加具有不同功能的板卡放入一套機箱。

2.拋棄IPC傳統機械結構，改用可靠的歐洲卡結構，改善了散熱條件，提高了抗振動沖擊能力，符合電磁兼容性要求。

3.靈活的連接方式，2mm密度的針孔連接器，具有氣密性、防腐性、可靠性、高負載能力。

4.高效的熱插拔技術，在系統運行沒有斷電的情況下，插拔功能模塊板，而不破壞系統的正常運行。

CPCI所具有高開放性、高可靠性、可熱插拔的特點，使該技術除了可以廣泛應用在通訊、網絡、計算機、電話整合，也適合實時系統控制、產業自動化、實時數據采集、軍事系統等需要高速運算、智能交通、航空航天、醫療器械、水利等模塊化及高可靠度、可長期使用的應用領域。由于CPCI擁有較高的帶寬，它也適用于一些高速數據通信的應用，包括服務器、路由器、交換機等。

現在超大規模的集成電路飛速發展，嵌入式計算機的應用領域越來越廣泛，構建基于CPCI嵌入式系統具有體積小、結構緊湊、可靠性高的優點。

嵌入式系統采用模塊化的設計思想，根據有線數字電視信號監測系統功能及其應用環境的特定要求，制作各種特定功能的板卡，安裝在機箱內，通過CPCI總線與主板相連，完成系統功能。

二、廣電有線數字電視傳輸信號特點

目前我國數字有線電視系統采用DVB-C標準。在前端編碼器將各種設備輸出的視音頻信號按照MPEG-2的編碼標準，對A/D輸出信號進行壓縮編碼，送入復用器完成多套節目的復用，通過QAM調制，形成TS流或PS流 。在一個8MHz電視頻道內傳輸多套（目前國內采用QAM64調制方式，最多包含8套）數字電視節目。

TS流中業務信息具有特殊重要作用，它關系到嵌入式監測系統的頻道調諧、節目選擇和定位、電子節目指南、解碼。

三、系統技術原理

（一）原理框架圖（圖1）

（二）功能模塊原理分析

本方案由四部分組成，分別是：有線數字信號接口模塊、碼流分析模塊、解碼模塊、編碼模塊。

1.有線數字信號接口模塊

該模塊主要由調諧器（TUNER）和CAM卡及各種內部總線組成。

基本原理：調諧器接收射頻信號并下行變頻為中頻信號，接收的射頻信號的頻率是碼流分析模塊控制設定要接收的頻率。碼流分析模塊中的CPU（PowerPC）通過外部總線與FLASH、SDRAM相連，從FLASH中讀取應用程序指令，如給調諧器設置頻率指令，然后從SDRAM讀取所需的數據，如頻率參數，通過I2C總線控制調諧器。調諧器輸出的中頻信號，通過QAM解調成TS流，送入CAM卡專用芯片，得到解CA的TS流。CAM卡芯片通過PCI總線與碼流分析模塊的PowerPC處理器連接。

解CA的TS流通過并行數據總線輸入到解碼模塊的8塊解碼芯片，完成一個頻點的8套節目PES流的分離。

2.碼流分析模塊

該模塊主要由CPU、FPGA、FLASH、SDRAM及各種內部總線組成。

FPGA（Field－Programmable Gate Array），即現場可編程門陣列。它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。FPGA的基本特點：

（1）采用FPGA設計ASIC電路(專用集成電路)，用戶不需要投片生產，就能得到合用的芯片。 （2）FPGA可做其他全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。

（3）FPGA內部有豐富的觸發器和I/O引腳。

（4）FPGA是ASIC電路中設計周期最短、開發費用最低、風險最小的器件之一。

（5） FPGA采用高速CMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。

可以說，FPGA芯片是小批量系統提高系統集成度、可靠性的最佳選擇之一。

碼流分析模塊的主要任務：

（1）通過執行應用程序給調諧器設置頻率，并讀取調諧器的數據有：翻轉狀態、該頻點的電平值、QAM類型、符號率、制式等。

（2）讀出CAM卡的模式（有無）。 CAM卡座可以同時插2塊CAM卡，碼流分析模塊可以讀出CAM卡的使用數量及卡的位置。

（3）調諧器輸出的一路TS流進入FPGA，為了精確分析碼流必須打上100MHz的計數時鐘，得到TS流的PID包間隔，使PCR（解碼時鐘基準）的抖動消除、延時得到修正。

（4）碼流分析是此模塊最主要的任務。在MPEG-2的TS流中，可以包含多個節目，每個節目又可以包含多個基本碼流，基本碼流和其他的控制數據等都被打成固定長度的包，每個包都有一個包識別符（PID）。MPEG-2用節目特定信息（PSI）來傳送節目和PID之間的相互關系。PSI必須以一定的頻率不斷發送。PSI使用4個表來定義碼流結構，分別是：節目關聯表PAT、節目映射表PMT、網絡信息表NIT、條件接收表CAT。在監測方面， PAT和PMT表特別重要。PAT表的PID號為“0x00”，它包含了與多路節目復用有關的控制信息，用于指出TS流中包括哪些節目，每個節目的編號及相應的PMT的位置PID＝0xXXXX，同時還提供網絡信息表（NIT）的位置。PAT丟失將導致接收端無法解碼TS流的任何節目。PMT完整地描述了一路節目是由哪些PES組成的及它們的PID號，如：某一路視頻PES、音頻PES、PCR的PES。PAT和PMT在傳輸過程中是不加密的。對TS流的分析可作如下簡述：首先從TS流中找到188B，包頭占4B，包頭中的同步字節為0x47的TS包，再從此包中找出PID＝0x00的PAT表，PAT含有每套節目相對應的PMT的PID，查找到對應的一套PMT里的視頻PID、音頻PID、PCR的PID ，最后可以分析出對應視頻流的基本數據：Aspect、Size、FRate、BRate等；音頻流的基本數據：Layer、BRate、Freq。

（5）碼流監測方面：根據ETSI RT 101/290標準 通過執行應用程序讀取TS流里的信息作出監測。一級錯誤有：TS流同步是否丟失；PAT表格是否錯誤；連續計數是否錯誤；PMT表格錯誤；PID是否錯誤。二級錯誤有：TS流傳輸錯誤；PCR錯誤；CRC錯誤；PCR錯誤；CAT表錯誤。三級錯誤有：NIT；EIT； TDT； SDT； RST；服務信息SI重復周期。

3.解碼模塊

該模塊選用了8塊解碼芯片，屬于硬件解壓縮。支持解碼全高清/標清MPEG-2、H.264 、AVS等多種視頻格式。

選擇解碼芯片的型號時，要考慮支持多種解碼格式如：高清、標清等。雖然有的解碼芯片能同時解多套節目，但為了長時間大負荷的穩定運行，還是選擇1塊芯片解1套節目的方式為好。

有線數字電視信號在傳輸時，1個頻點（8MHz）最多含有8套節目，為了同時解出1個頻道里的節目，在模塊里設計了8塊解碼芯片，進行節目的一對一解碼。

原理：有線數字電視信號模塊輸出的解CA的TS流，通過并行數據總線輸入到解碼模塊里的8塊解碼芯片。此頻點的TS流已在碼流分析模塊分析出了每套節目的視頻、音頻、PCR的PID，并通過程序自動對解碼模塊的每塊解碼芯片單獨配置1套節目的視頻、音頻、PCR的PID，即可分別解出該套節目的視頻、音頻數字信號，并設定輸出格式為ITU-R BT.656視頻信號和I2S格式音頻信號，用于后續編碼模塊進一步處理。

4.編碼模塊

該模塊是整個系統最重要的部分。對數字電視信號的質量監測，全靠這一部分完成。信號質量異態的判別有：無視頻、無音頻、黑場、彩條、圖像靜止。

芯片部分有：CPU、FPGA、VW2010編碼芯片、FLASH、SDRAM、PCI橋芯片。

工作原理：解碼模塊輸出的ITU-R BT.656格式的視頻信號和I2S格式的音頻信號，輸入到編碼模塊的FPGA芯片進行無視頻、無音頻、黑場、彩條判斷之后分別進入8塊編碼芯片，分別將視頻編碼（壓縮）為MPEG-1、－2、－4、H.263視頻格式，音頻部分可接收雙通道分立I2S格式的數據，經過濾波，可將每路音頻轉換為MPEG-1、－2、－3、AAC、AC-3音頻格式。在編碼的過程中可作圖像靜止判斷。編碼后輸出為網絡應用的傳輸流（TS）或為儲存應用的節目流（PS）。CPU將壓縮（編碼）后的音視頻數據以文件的形式經過網絡作存儲或作實時播放。

這部分編碼的特點是：屬于硬件編碼；一對一編碼；編碼的碼率可調，范圍可在128Kbps到6Mbps。

以下是對黑場、彩條、無視頻（藍場）、無音頻、圖像靜止判斷的原理介紹：

（1）用FPGA判斷黑場的原理

視頻信號輸入到FPGA中，FPGA對輸入的704×576個點的YUV進行掃描，黑點的YUV特征是Y值較小，UV值都是127，當此點的YUV值與黑點的YUV差值在一定范圍內（范圍可以設定），就可以認為此點是黑點，這樣掃描一遍后，可以獲得黑點數的百分比，如果大于設定的閥值，就判斷為黑場。

（2）用FPGA判斷彩條的原理

視頻信號輸入到FPGA中，FPGA對輸入的704×576個點的YUV進行分區域判斷，按照彩條的特性依次劃分為白、黃、靛、綠、紫、紅、藍、黑八個區域，當獲得一個點后，先判斷屬于那個顏色的區域，然后根據此點YUV值跟這個區域對應顏色的YUV進行比較，當此點的YUV值與這個區域的YUV差值在一定范圍內（范圍可以設定），就可以認為此點符合此區域顏色，這樣對704×576個點判斷結束后，可以獲得各個區域對應的點數，如果各個區域的符合條件的點數都大于設定的閥值，就認為當前是彩條。

（3）用FPGA判斷藍場（無視頻）的原理

判斷藍場與黑場的原理相似，視頻信號輸入到FPGA中，FPGA對輸入的704×576個點陣的YUV進行掃描，所獲得的值與藍點的YUV差值在一定范圍內（范圍可以設定），就可以認為此點是藍點，這樣對704×576個點全部判斷結束后，可以獲得總共的藍點數，如果黑點數大于設定的閥值，就報藍場。

（4）用FPGA判斷無音頻的原理

音頻信號輸入到FPGA中，FPGA對音頻信號進行采樣，每秒鐘獲得一個最大值，上位機應用程序獲得這個值后與設定的閥值比較，當此音量值連續n秒小于設定的閥值時，就認為當前處于無音頻狀態。

（5）判斷圖形靜止的原理

圖像靜止是指在電視節目正常播出過程中出現的圖像靜止不動的現象。解碼芯片在編碼時，對畫面像素作了特征統計，進行了DCT矩形變換塊為變換編碼單元，對DCT塊內圖像的亮度和色度進行特征取樣，提取像素，采用幀間編碼，運動估算技術，在參考幀內DCT編碼的基礎上，對DCT塊內圖像的像素特征進行差值預測編碼。上位機應用程序調用解碼芯片對塊的比較運算結果，通過設定閥值來判斷圖像靜止。

四、結語

本系統基于CPCI架構搭建起來，具有熱插拔功能，給維護和調試帶來極大的便利，比PCI架構更具備高可靠、高穩定性。系統功能擴展方便快捷，只要開發不同的監測功能的模塊，就可做到多個監測（如：有線電視、開路電視、廣播等）系統融入一體，從而做成標準化的監測系統，具有很高的推廣價值。

［參考文獻］

［1］劉修文.數字電視有線傳輸原理與維修［M］.北京:機械工業出版社，2007.

［2］蘇志武，林定祥，文章輝.數字電視系統測量與監測［M］.北京:電子工業出版社，2009.

［3］黎洪松 .數字視頻處理［M］.北京:北京郵電大學出版社，2006.

［4］劉劍波，李鑒增，王暉，關亞林，牛亞青.有線電視網絡［M］.北京:中國廣播電視出版社，2003.

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關鍵詞：數字通信；信號處理；優點；應用

Abstract: Digital communication is the inevitable trend of development of communication industry, but also thousands of users desire to. Digital communication can greatly improve the quality of communication, improve the communication rate, rich communication content. This paper firstly introduces the meaning of digital communication system, and expounds the advantages of digital signal and analog signal compared with the traditional, finally analyses the application method of digital communication system.

Keywords: digital communication; signal processing; advantages; application

中圖分類號：S972.7+6 文獻標識碼：文章編號

1、數字通信系統概述

數字通信是指用數字信號作為載體來傳輸信息，或者用數字信號對載波進行數字調制后在傳輸的通信方式。它的主要技術設備包括發射器、接收器以及傳輸介質。數字通信系統的通信模式主要包括數字頻帶傳輸通信系統、數字基帶傳輸通信系統以及模擬信號數字化傳輸通信系統三種。

數字通信研究為信息傳輸和存儲介質的設計帶來了便利。首先它的信源獨立設計，一旦用信源編碼器將信息轉換為比特，信息就可以無差別的存儲或傳輸，只要回復比特數據，就可以將其中蘊含的信息無差別地重構回來，也就是存儲和通信媒介可以獨立于信源，這也就意味著多種信源可以共享同意通信媒介，此外信道與信源的獨立性帶來了顯著的經濟效益。其次，信道優化設計，對每一個通信鏈路來說，信道編碼器、信道譯碼器、調制器和解調器都可以根據特定的信道特性進行優化。由于在每條鏈路上都可以對傳輸的比特進行再生，所以沒有“噪聲積累”。

要進行數字通信就必須進行模數變換，也就是把由信號發射器發出的模擬信號轉換為數字信號。基本的方法包括：首先把連續形的模擬信號用相等的時間間隔抽取出模擬信號的樣值。然后將這些抽取出來的模擬信號樣值轉變成最接近的數字值。因為這些抽取出的樣值雖然在時間進行了離散化處理，但是在幅度上仍然保持著連續性，而量化過程就是將這些樣值在幅度上也進行離散化處理。最后是把量化過后的模擬信號樣值轉化為一組二進制數字代碼，并最終實現模擬信號數字化地轉變，然后將數字信號送入通信網進行傳輸。而在接收端則是一個還原過程，也就是把收到的數字信號變為模擬信號，通過數據模變換再現聲音以及圖像。如果信號發射器發出的信號本來就是數字信號，則不用在進行數據模變換的過程，可以直接進入數字網進行傳輸。

數字通信中還存在以下問題：第一，數字信號傳輸時，信道噪聲或干擾所造成的差錯，原則上是可以控制的。這是通過所謂的差錯控制編碼來實現的。于是，就需要在發送端增加一個編碼器，而在接收端相應需要一個解碼器。第二，當需要實現保密通信時，可對數字基帶信號進行人為“擾亂”（加密），此時在收端就必須進行解密。第三，由于數字通信傳輸的是一個接一個按一定節拍傳送的數字信號，因而接收端必須有一個與發端相同的節拍，否則，就會因收發步調不一致而造成混亂。另外，為了表述消息內容，基帶信號都是按消息特征進行編組的，于是，在收發之間一組組的編碼的規律也必須一致，否則接收時消息的真正內容將無法恢復。在數字通信中，稱節拍一致為“位同步”或“碼元同步”，而稱編組一致為“群同步”或“幀同步”，故數字通信中還必須有“同步”這個重要問題。

2、數字通信系統的優點

數字通信與模擬通信相比具有明顯優點。它抗干擾能力強、通信質量不受距離影響、信號易于調制、保密性高能自動和控制差錯可與計算機相連能支持多種通信業務。具體介紹如下：

2.1數字通信比模擬通信抗干擾能力強。一種數字信號傳播形式簡單只有“0”、“1”兩種區別鮮明形式。即是傳播過程中經由信號放大器，信號在到達終端接收器時仍然可重新再生復原。另一數字信號是以離散性形式進行傳播。雖然也不可避免會受到系統外部以及系統內部噪聲干擾，但是只要噪聲絕對值在一定范圍內就可以消除噪聲干擾，不會出現信號噪聲疊加在一起并隨著信號被傳輸、被放大進而將影響通信質量現象。

2.2更適于遠距離傳輸。在進行遠距離的信號傳輸時，通信質量依然能夠得到有效保證。因為在數字通信系統當中利用再生中繼方式，能夠消除長距離傳輸噪音對數字信號的影響，而且再生的數字信號和原來的數字信號一樣，可以繼續進行傳輸，這樣一來數字通信的質量就不是因為距離的增加而產生強烈的影響，所以它也比傳統的模擬信號更適合進行高質量的遠距離通信。

2.3數字信號易于調制。雖然數字信號較模擬信號更加方便快捷但是在實際生活中模擬電路占有通信比例仍然不小那么數字信號能否利用已經建立起來四通八達模擬電路進行傳輸呢?答案是肯定只需在數字終端設備和模擬電路之間加裝以調制、解調為主體接口設備便可實現由于數字信號只存在“0”和“1”兩種狀態其信號調制則相當簡單具有波形變換速度快、調整測試方便、體積小、設備可靠性高等特點一般而言數字調幅、數字調頻、數字調相十數字調制最常用三種方式。

2.4數字信號比模擬信號保密性強。由于無線電波是朝著四面八方方向傳播只要終端接收器對口每個人都可以接收到傳播內容數字通信可以將其信號在編碼器與密碼相捆綁在進入信道傳播接收方則通過解碼器解除密碼限制取得信號傳播內容由此避免了傳播信息外漏現象數字信號加密只需通過簡單“加”、“減”等邏輯運算按照一定規律將密碼“加”到語音電碼中去將包含著語音信息電碼進行傳播。此外數字通信對其設備中所用電路要求較簡單有著輕巧、故障少、耗電低、成本低集成電路即可滿足通信需求數字信號還便于和電子計算機結合由計算機來處理信號使得數字通信系統更加靈活通用也為各類如電話、電報、圖像以及數據傳輸業務開展提供了更加便利條件。

3、數字通信系統的應用

數字通信系統的關鍵性技術包括編碼、調制、解調、解碼以及過濾等。其中數字信號的調制以及解調是整個系統的核心也是最基本、最重要的技術。數字調制是通過對信號源的編碼進行調制，將其轉換成為能夠進行信道傳輸的頻帶信號，即把基帶信號（調制信號）轉變為一個高頻率的帶通信號（已調信號），而且由于在傳輸過程中為了避免信息失真傳輸損耗以及確保帶內特性等因素，在進行信號進行長途傳輸以及大規模通信活動時必須對數字信號進行載波調制。

3.1現階段的數字信號調制主要分為調幅、調相以及調頻三種。調幅即是根據不同的信號，通過調節正弦波的幅度進行信號調制，目前最常見的數字信號是幅度取值為0和1為代表的波形，即二進制信號；調相即是由于載波的相位受到數字基帶信號的控制，通常情況下載波相位和基帶信號是保持一致的，例如二進制基帶信號為0時，載波相位相應也為0；調頻及是利用數字信號進行載波頻率的調制。解調就是講載波信號提取出來并經過還原得到信息的過程，它是調制的逆過程也被稱為反調制。目前解調的類型分為相干解調和非相干解調兩大類。數字通信的質量通常用信息傳輸速率、符號傳輸速率以及消息傳輸速率這三個指標來衡量。對于數字通信系統的性能指標通常用信息傳輸速率、符號傳輸速率以及消息傳輸速率這三個指標來衡量。

3.2通信系統向數字化時代的轉變就是要從有線通信想無線通信，從公用移動網絡到專用網絡，從而實現全球化的數字通信理念。并且，通過現有的綜合業務數字網絡為基礎，通過一個多用途的用戶網絡接口就可以輕松實現信號發出端到接收端全程數字傳輸與交換的新型通信網。利用這種新型技術可以擴充通信業務的范圍，而且還具有更加經濟以及靈活的特點，能夠與現有的計算機互聯網、多媒體信息網、公共電話網以及分組交換數字網等進行任意轉換。隨著數字通信設備的發展和不斷完善，利用微處理技術對數字通信系統的信號進行轉變，還能夠使設備更加靈活的應用到各種長途以及市話當中。由于長途通信線路的投資遠大于終端設備，為了提高長距離傳輸的經濟性，未來高度、大容量的數字通信系統也將成為主流趨勢，而且隨著數字集成電路技術的發展，數字通信系統的設備制造也越來越容易，成本更低、可靠性也更高。

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論文摘要：文章介紹了數字通信系統的技術特點，并與傳統的模擬信號對比闡述了數字信號的優勢，然后對數字通信系統的應用方法進行淺析。

一、數字通信系統

數字通信是指用數字信號作為載體來傳輸信息，或者用數字信號對載波進行數字調制后在傳輸的通信方式。它的主要技術設備包括發射器、接收器以及傳輸介質。數字通信系統的通信模式主要包括數字頻帶傳輸通信系統、數字基帶傳輸通信系統以及模擬信號數字化傳輸通信系統三種。

數字信號與傳統的模擬信號不同，它是一種無論在時間上還是幅度上都屬于離散的負載數據信息的信號。與傳統的模擬通信相比其具以下優勢：首先是數字信號有極強的抗干擾能力，由于在信號傳輸的過程中不可避免的會受到系統外部以及系統內部的噪聲干擾，而且噪聲會跟隨信號的傳輸而進行放大，這無疑會干擾到通信質量。但是數字通信系統傳輸的是離散性的數字信號，雖然在整個過程中也會受到的噪聲干擾，但只要噪聲絕對值在一定的范圍內就可以消除噪聲干擾。其次是在進行遠距離的信號傳輸時，通信質量依然能夠得到有效保證。因為在數字通信系統當中利用再生中繼方式，能夠消除長距離傳輸噪音對數字信號的影響，而且再生的數字信號和原來的數字信號一樣，可以繼續進行傳輸，這樣一來數字通信的質量就不是因為距離的增加而產生強烈的影響，所以它也比傳統的模擬信號更適合進行高質量的遠距離通信。此外數字信號要比模擬信號具有更強的保密性，而且與現代技術相結合的形式非常簡便，目前的終端接口都采用數字信號，同時數字通信系統還能夠適應各種類型的業務要求，例如電話、電報、圖像以及數據傳輸等等，它的普及應用也方便實現統一的綜合業務數字網，便于采用大規模集成電路，便于實現信息傳輸的保密處理，便于實現計算機通信網的管理等優點。

要進行數字通信就必須進行模數變換，也就是把由信號發射器發出的模擬信號轉換為數字信號?；镜姆椒òǎ菏紫劝堰B續形的模擬信號用相等的時間間隔抽取出模擬信號的樣值。然后將這些抽取出來的模擬信號樣值轉變成最接近的數字值。因為這些抽取出的樣值雖然在時間進行了離散化處理，但是在幅度上仍然保持著連續性，而量化過程就是將這些樣值在幅度上也進行離散化處理。最后是把量化過后的模擬信號樣值轉化為一組二進制數字代碼，并最終實現模擬信號數字化地轉變，然后將數字信號送入通信網進行傳輸。而在接收端則是一個還原過程，也就是把收到的數字信號變為模擬信號，通過數據模變換再現聲音以及圖像。如果信號發射器發出的信號本來就是數字信號，則不用在進行數據模變換的過程，可以直接進入數字網進行傳輸。

二、數字通信系統的應用

數字通信系統的關鍵性技術包括編碼、調制、解調、解碼以及過濾等。其中數字信號的調制以及解調是整個系統的核心也是最基本、最重要的技術。

數字調制是通過對信號源的編碼進行調制，將其轉換成為能夠進行信道傳輸的頻帶信號，即把基帶信號（調制信號）轉變為一個高頻率的帶通信號（已調信號），而且由于在傳輸過程中為了避免信息失真、傳輸損耗以及確保帶內特性等因素，在進行信號進行長途傳輸以及大規模通信活動時必須對數字信號進行載波調制?，F階段的數字信號調制主要分為調幅、調相以及調頻三種。調幅是根據信號的不同，通過調節正弦波的幅度進行信號調制，目前最常見的數字信號是幅度取值為0和1為代表的波形，即二進制信號；調相是由于載波的相位受到數字基帶信號（調制信號）的控制，通常情況下載波相位和基帶信號是保持一致的，例如二進制基帶信號為0時，載波相位相應也為0；調頻是利用數字信號進行載波頻率的調制。解調就是講載波信號提取出來并經過還原得到信息的過程，它是調制的逆過程也被稱為反調制。目前解調的類型分為相干解調和非相干解調兩大類。數字通信的質量通常用信息傳輸速率、符號傳輸速率以及消息傳輸速率這三個指標來衡量。對于數字通信系統的性能指標通常用信息傳輸速率、符號傳輸速率以及消息傳輸速率這三個指標來衡量。

通信系統向數字化時代的轉變就是要從有線通信想無線通信，從公用移動網絡到專用網絡，從而實現全球化的數字通信理念。而且通過現有的綜合業務數字網絡為基礎，通過一個多用途的用戶網絡接口就可以輕松實現信號發出端到接收端全程數字傳輸與交換的新型通信網。利用這種新型技術可以擴充通信業務的范圍，而且還具有更加經濟以及靈活的特點，能夠與現有的計算機互聯網、多媒體信息網、公共電話網以及分組交換數字網等進行任意轉換。隨著數字通信設備的發展和不斷完善，利用微處理技術對數字通信系統的信號進行轉變，還能夠使設備更加靈活的應用到各種長途以及市話當中。由于長途通信線路的投資遠大于終端設備，為了提高長距離傳輸的經濟性，未來高度、大容量的數字通信系統也將成為主流趨勢，而且隨著數字集成電路技術的發展，數字通信系統的設備制造也越來越容易，成本更低、可靠性也更高。

三、結束語

數字通信系統是一種全新的利用數字信號進行消息傳輸的通信模式，伴隨著社會的不斷發展，數字通信的應用也已經越來越廣泛，在我們日常生活中的電腦、手機上網、視頻電話、網絡會議以及數字電視等都是通過數字通信系統來進行信號傳輸的，而且由于社會的發展人們對各種通信業務的需求量也在逐漸增加，在光纖傳輸媒介還沒有完全普及以前，數字通信系統主要是利用電纜、微波等有限的媒介進行傳輸，但目前光纖技術的發展無疑將會推動數字通信的發展。隨著數字通信系統也正在向智能化化、高速度以及大容量的方向迅速發展，相信在未來數字通信系統將會取代傳統的模擬通信系統而成為主導。

參考文獻

[1]張英.微處理機實現的數字通信[J].電子技術應用，2005.

[2]張曉林.電視數字通信[J].圖書館雜志，2005.

[3]王金保.通信基本知識[J].華北電力技術，2005.

篇5

關鍵詞：衛星數字通信技術；廣播傳輸；運用

1衛星數字通信的概述

衛星數字通信是航天技術與電子技術相結合而產生的一種新型的通信方式，有著重要的作用。衛星數字通信通過中繼站和終端站來實現通信目的的，具體來說衛星數字通信的中繼站是人造衛星，終端站為地面站，可以有多個終端站，來實現兩個或者多個終端站之間的通信，這種通信具有容量大、區域廣的特點[1]。在衛星數字通信中應用的人造衛星叫做通信衛星，它與地球的自轉的周期與方向同步，所以也叫做地球同步衛星，通信衛星始終固定在天空中某一位置上，方便地面與衛星的通信。衛星數字通信技術是我國廣播電視節目傳輸中應用到的主要技術之一，隨著數字技術的發展，它在廣播電視傳輸中的優勢更加鮮明。與微波數字通信傳輸相比其優勢具體表現在：一是覆蓋面廣；二是投資成本低且建設快；三是傳輸信號的質量高；四是便于維護；五是運行成本低。與模擬衛星廣播相比其優勢具體表現為：一是可以節省衛星頻率資源；二是，節省運行成本；三是節目信號質量高；四是數字信號處理與開發更加方便。

2衛星數字通信系統的基本原理

2.1衛星數字通信系統的組成。在廣播傳輸中衛星數字通信系統主要由衛星上行發射站、測控站、星載轉發器以及衛星接收站這四部分組成。廣播數字衛星上設有C波段轉發系統和Ku波段轉發系統[2]，上行發射站的主要作用是發射C波段信號和Ku波段信號，并接收衛星下行轉發的微波信號。具體機制為：上行發射站將廣播控制中心發送來的各種信號進行處理與調制，將上頻率與高功率進行放大后，將上行C波段信號和Ku波段信號通過定向天線發射給衛星。上行發射站接收衛星下行轉發的微波信號的作用是對衛星轉播節目的質量進行監測。星載轉發器的作用是將地面上行站發送的上行C波段信號和Ku波段信號進行接收，并將接收的上行微波信號進行放大以及變頻處理后，再進行放大，然后將經過一系列處理的信號發射給地面服務區。星載轉發器相當于中繼站一樣發揮作用，它的優點是保障廣播信號以最低的附加噪聲和失真進行傳送。

2.2衛星上行發射站系統。廣播電視臺的覆蓋性廣的特點，起到最重要作用的部分是衛星上行站系統，上行站的設備一旦發生故障就會導致整個廣播電視信號的傳輸會全部中斷，這就要求在上行站應用的設備安全性、穩定性、以及可靠性要非常高，并且要存有備份。廣播衛星上行發射站可以將一路或者多路信號傳送到衛星，衛星轉發其在廣播電視衛星中設有C波段信號轉發系統和Ku波段信號轉發系統，它的作用是將上行發射站傳送的信號進行接受，另外也將下行信號轉發給廣播地面接收站。衛星上行發射站的主要由天線分系統、高功率放大設備、低噪音接收設備、上下變頻器調制解調器、系統監控設備以及附屬設備構成的。其中天線分系統中天線的作用是將發射功率轉化為電磁波能量由上行站傳送給衛星，同時也會將及微弱的有空間衛星發出的電磁波能量進行轉化，轉化成為同頻信號來傳送到接收機。在衛星上行站系統中低噪聲接收設備是進行第一級放大的，高功率放大設備是進行第二級放大的；上下變頻器的作用是搬移在射頻與中頻之間的頻譜；調制解調器的作用是對信號進行調制，將廣播控制中心發出的信號調制后傳輸到空間衛星，可以降低信號傳輸的噪音干擾的影響；系統監控設備的作用是對上行站的所有關鍵設備進行監控，來方便掌握每臺設備的工作狀態以及主要指標特性等。

2.3星載轉發器。星載轉發器在數字衛星通信系統中有著重要的地位，起著中繼站的作用，它的性能好壞可以對數字衛星通信系統的工作質量造成直接影響。所以星載轉發器在放大和轉發地面站傳送的信號時其附加噪聲以及失真性能應該保持最低。星載轉發器的噪聲包括非線性噪聲和熱噪聲，其中非線性噪聲的來源主要是轉發器電路或者器件特性的非線性，而熱噪聲的來源主要是設備的內部噪聲以及通過天線傳來的外部噪聲。轉發器可以分為兩大類：其一是透明轉發器；其二是處理轉發器。其中透明轉發器的作用是將地面發來的信號進行低噪聲、頻率以及功率放大后進行轉發，它主要應用于模擬衛星通信系統中。另外處理轉發器不僅可以轉發信號還可以進行信號處理，多應用于數字衛星通信系統中，它可以很好的消除噪聲的積累。

3衛星數字通信系統在廣播傳輸中的應用

3.1衛星數字廣播。將衛星應用到廣播節目的傳輸中，是為衛星應用技術的重大突破，并且衛星數字傳輸在廣播節目中有著越來越重要的作用。節目信號到達播控系統后，數字矩陣被中控機房進行切換，然后將要輸出主路和備路節目信號分別送到光端機和微波端機，通過光纜以及微波傳輸到云崗衛星地球站，衛星站接接收到來自主路和備路信號后，通過衛星上行系統來實現廣播電臺節目的全面上星[3]。

3.2衛星轉播車與現場直播車。衛星轉播車與現場直播車不僅豐富了節目的傳輸手段，而且保障了直播節目的安全播出。衛星轉播車與現場轉播車的車系統的作用有：一是，可以傳輸高質量無線數字，提供高質量的轉播傳輸以及支持節目直播的制作；二是，還可以解決部分主要節目的應急制作以及傳輸問題；三是，具有采集、傳送以及直播音頻、視頻、網絡音頻節目、網絡視頻節目的能力。衛星轉播車和衛星直播車不僅可以組合使用，而且可以獨立完成節目的直播與傳送任務，它們的存在可以為廣播節目的直播與傳送提供一個強大而又靈活的移動技術平臺。其中衛星轉播車可以通過三種傳送方式實現轉播的目的，分別為衛星傳送、地面微波傳送、地面電信線路傳送，它主要用在大型轉播現場的，為現場提供移動技術平臺，支持信號的雙向傳輸。衛星轉播車技術系統主要包括：車載傳送系統、衛星轉播車音頻系統、以及固定地面站傳送系統等?，F場直播車主要應用在國際臺各調頻欄目在各直播現場提供一個移動技術直播平臺。其系統主要包括車載音頻系統、車載視頻系統、傳送系統等?，F場直播車的傳輸能力也很強大，可以實現數據的雙向傳輸，并可以進行多業務傳輸，現場直播車可以在大多數的傳輸環境中進行獨立作業，能夠很好的完成直播傳輸任務。

4結束語

衛星數字通信技術一定會有更加廣闊的應用空間，在廣播電視傳輸的作用也將會越來越不可替代，系統功能不斷的完善不斷的強大，會更加有效的推動廣播傳輸的發展，因此我們需要更加重視這一技術的有效應用，讓其在更多的領域內發揮作用。

作者:孫雪柳 單位:國家新聞出版廣電總局763臺

參考文獻:

[1]喻強.數字衛星通信在廣播傳輸中的應用[J].科技展望,2015,12:111.

篇6

關鍵詞軌道交通 數字化 光纖

中圖分類號：C913.32 文獻標識碼：A 文章編號：

研究背景

城市軌道交通供電系統可采用集中供電方式和分散供電方式，而為了節省綜合成本，現在新建地鐵線路更多地是采用了環網供電的方式，如圖2所示，一個總降壓站可能要掛接5~6座變電站負荷。在此種方式下，當運行區間內發生故障時，相鄰的兩個牽引變電所需同時跳開相應斷路器切除故障線路，以保證能將故障區段徹底從運行線路中切除；而在故障區間外對應的保護不應誤動作。但是在實際運行中，故障發生后由于各個變電所開關保護配合問題往往會發生越級跳閘以及多級跳閘等現象，而且在永久性故障和瞬時性故障判別方面也存在困難。

針對以上現象如果用傳統的電流選跳保護，則后備過流保護在定值和時限上以及聯跳方案都要進行配合，而隨著區間變電站數量的增加，后備過流的動作時間定值需要相應增加，聯跳方案也需多重考慮；在現有供電系統下，為了減少故障電流對系統的沖擊，不影響上級保護的整定值，往往能夠預留出的級差時間很短，很容易出現幾個變電所級差時間相同的情況，故而在大區間供電方式下的后備過流保護的時間級差設定以及聯跳閉鎖方案就很難很好地滿足保護選擇性和速動性的要求，很可能在故障時出現誤跳擴大停電范圍甚至引起全線短暫停電的事故。

基于以上分析，我們引入數字通信電流選跳保護的概念，此保護是基于微機保護裝置間的網絡通信功能提出的一種新的保護方案。由于采用基于61850規約的數字化技術，區間內變電所保護裝置通過GOOSE網絡互聯，故當任意一臺保護裝置檢測到異常狀態時，即可向整個網絡發送信息，網絡內的其余智能設備皆可即時共享所有實時數據，從而可通過邏輯編程，對線路兩端微機保護裝置的電流保護動作與否進行比選，實施邏輯判斷，快速判別線路故障區段，實現選擇性地快速切除故障線路。

保護系統網絡方案

為實現以上數字通信保護功能，保護裝置需采用通信方式傳遞過零流和失靈保護的啟動信號，故要求CPU可接入過程層GOOSE網，站控層仍可采用傳統的103規約。

保護系統組網方案如下圖所示：

圖1 保護系統組網方案

過程層所間網絡

過程層所與所之間通信采用雙通道模式，架設專用的2路2芯通信光纜，通信介質采用單模光纜，光纜通過所內GOOSE網交換機連接，實現所間保護裝置之間的信息共享和閉鎖功能等。

所內網絡

過程層網絡：支持雙GOOSE網，保護裝置通過GOOSE網實現保護裝置之間的信息共享和閉鎖功能等。

站控層網絡：采用雙網電口模式，支持103通信規約。

數字通信電流選跳保護工作原理

如圖2所示為城市軌道環網供電系統及故障分析示意圖。根據區間線路沿線各開關是否流過故障電流，可判斷出故障區段。假設區間線路上出現單一的故障，則故障區段位于從電源側到末梢方向最后一個經歷了故障電流的開關和第一個未經歷故障電流的開關之間的區段。

圖2 城市軌道環網供電系統及故障分析示意圖

在圖2中，根據供電方向，當d1點出現故障時，1,2,5,6點都檢測到故障電流，而9點未檢測到故障電流。由此就可以判斷，故障點在6,9之間，為電纜故障，則可根據數字通信電流保護邏輯跳開6、9號開關；當d2點出現故障時，1,2,5點都檢測到故障電流，而6,20,21,9點未檢測到故障電流。由此就可以判斷，故障點在母線上之間，為母線故障，則可根據數字通信電流保護邏輯跳開5,6,21號開關。

正常故障行為分析

以進出線保護裝置為例：GOOSE網絡中每一臺保護裝置皆通過配置文件手動分配一個唯一的地址，故而進出線保護裝置可通過GOOSE網接收相鄰變電所同一線路開關的過電流保護的啟動信號及本變電所同一母線上其它所有開關的過電流保護的啟動信號，再通過邏輯判斷是電纜故障或者是母線故障。數字通信電流保護中電纜故障判斷條件為：

本線路開關過電流保護啟動；

相鄰變電所同一線路開關的過電流保護未啟動；

數字通信電流保護延時時間到T1。

數字通信電流保護中母線故障的判斷條件為：

本線路開關過電流保護啟動；

相鄰變電所同一線路開關的過電流保護啟動；

本變電所同一母線上其他所有開關的過電流保護均未啟動；

數字通信電流保護延時時間到T1。

當保護裝置判斷為電纜故障時跳本線路開關，并發信號通過GOOSE網絡聯跳相鄰變電所同一線路開關。當保護裝置判斷為母線故障時跳本線路開關，并發信號聯跳本變電所的其他進出線開關及母聯開關。

異常故障行為分析

在相關開關保護裝置出現異常運行情況時，比如保護裝置檢測到與相關裝置通信異?；蚪邮盏较嚓P裝置告警閉鎖保護時，保護裝置可通過控制字預先設置將數字通信電流保護延時時間抬升到一個時限再出口或者是將數字通信過電流保護閉鎖。通過抬升動作時限或者閉鎖數字通信過流保護功能，可最大限度地避免在異常情況下保護的無序動作。

與傳統方案的比較

傳統電纜聯跳分為開量和閉量兩種方案，開量方案在正常運行中的聯跳回路處于閉合狀態，只有在聯跳信號發出時回路才斷開，因而當聯跳回路本身出現故障，比如斷線或者有接觸不良的狀態時，可能出現誤動作；而閉量方案在正常運行中的聯跳回路處于斷開狀態，只有在聯跳信號發出時回路才閉合，因而當聯跳回路本身出現故障時，保護可能拒動。而現階段針對于電纜回路斷線或者接觸不良的監測還不完善，故而此種誤動或拒動的問題無法很好地解決。

與電纜聯跳方案比較，基于61850規約的數字化方案由于采用光纖通道，故而抗干擾性很好，對不同的環境都有很好的適應性；由于采用數字通信，取消了大量的電纜連線，減少了保護裝置的輸入輸出接口，大大節省了成本；而且數字通信通道可隨時處于監測狀態中，一旦出現異常情況可立即切換故障跳閘方案，防止因為通道異?；蛘哐b置異常造成的保護拒動等現象。

按照傳統的級差配合方案，為了在故障時盡量達到不誤跳的要求，則需通過給每個變電所配置級差延時來達到目的；故而在變電所增多的情況下末端變電所的延時時間增大，不利于保護的速動性要求。而數字通信電流保護功能無需逐級配合的動作時間，可有目的的直接快速判定出故障區段，有針對性地切除故障區段。

數字通信電流保護方案在工程運用中的難點

GOOSE網路中保護裝置之間通信中斷的判別需要一定的延時。由于數字通信電流保護是基于IEC61850規約建立的GOOSE網絡的，而在IEC61850規約中，限于數據量，通信鏈接報文并不能頻繁發送，故而通信中斷只能通過延時來判別，這個判別延時一般配置為5s。若在判別通信中斷的過程中發生故障，則保護不能按預設方案正確動作。

在保護裝置本身出現故障的情況下，GOOSE網絡中的此保護裝置對應節點處于一個不正常運行狀態，為了防止保護誤動，此時需要與之有聯系的保護裝置對此情況進行處理。比如要求每一臺保護裝置在正常運行時不間斷的向網絡發送運行正常的報文，而與之有聯系的保護裝置則可以不間斷的收到此報文；一旦某一個保護裝置有異常，則與之有聯系的保護裝置接受到的監視報文必然有所變化，據此就可進行相應的邏輯判斷，同時執行預先設定的保護動作方案。

結語

現如今，大區間環網供電方式已經成為地鐵供電系統的主要方式，而基于GOOSE網絡的數字通信電流選跳方案由于具有結構簡單，綜合投資少，維護方便，具有更好的選擇性和速動性等優點，相比傳統方案更符合大區間環網供電方式的要求。在現階段，數字化技術的優勢已經體現了出來，隨著數字化技術的發展，必然會有更多更好的保護方案涌現。

參考文獻：

黃德勝，地鐵牽引供電系統保護，都市快軌交通，2005,18(6)：65-67.

賀家李，宋從矩，電力系統繼電保護原理 北京 水利電力出版社,1994

譚文恕 變電站通信網絡和系統協議IEC61850介紹。電網技術，2001,25(9):8-11

個人簡介：姚亮，1978年，男，江蘇鹽城人，工程師，從事繼電保護裝置研發工作。

篇7

一、無線電液控制技術基本原理

無線電液控制技術的基本工作原理:首先,無線電液控制系統將操作者或機器的控制指令進行數字化處理(包括對信號的濾波,A/D轉化等處理),變為易于處理的數字信號;其次,對數字指令信號進行編碼處理;再次,指令信號在經發射系統進行數字調制后,通過發射天線以無線電波的方式傳遞給遠處的接收系統。最后,接收系統通過接收天線把帶控制指令的無線電波接收下來,經過解調和解碼,轉換為控制指令,實現對各種類型閥的進行控制。

由于無線電液控制技術在工程機械領域占有重要地位,它也越來越受到各國的重視,都投入了很多的技術力量和資金進行研究開發。雖然紅外遙控也可以實現電液控制技術的遠程遙控,但是由于紅外遙控存在對工作背景要求高、能耗高、傳輸距離短(一般不會超過10米),且必需在同一直線上,中間不能有任何障礙物以及易受工業熱輻射影響等缺點,使得無線電液控制技術成為當前研究的主要方向。

二、無線電液控制技術的研究現狀及趨勢

(一)無線電液控制技術的研究現狀

最初,遙控電液控制系統都是采用有線遙控方式進行的。早在60年代初期,人們就能利用拖纜遙控裝置來控制液壓機械上的手動、電液多路閥,操作時通過拖纜遙控裝置上的雙向單軸搖桿輸出線性比例信號來控制電液比例多路閥,線控盒搖桿的信號完全能模擬液壓多路閥上手動拉桿的動作。雖然這種方式也可以使操作人員在作業區外對機械設備進行操作控制,但是由于控制信號在電纜線中的衰減,使得遙控的距離有限,同時由于電纜線的存在,影響了操作的靈活性,而且數米長的電纜經常是生產事故中的主要根源。[2]

隨著無線電技術的成熟,把無線電技術引入電液控制系統成為了可能。由于無線電液控制技術是通過無線電波來傳遞控制指令,完全消除了拖纜式遙控裝置所帶來的故障隱患。但是一開始的無線電液控制系統都只能發射簡單的指令,如:打開/關閉等指令。進入70年代后,隨著大規模集成電路及專用微處理器的出現,開發出了可靠性更高的手持式無線遙控系統。后來,隨著數字處理技術的快速發展,無線數字通信技術的日趨成熟,利用數字通信技術的抗干擾能力強、易于對數字信號進行各種處理等等的優點,使得遙控系統的抗干擾性能逐步提高,安全性能大大改善;與此同時,模擬集成電路設計的迅速發展,各種高精度的模擬/數字轉換器(A/D)和數字/模擬轉換器(D/A)的研制成功,并把他們應用到無線電液控制系統中,使得無線電液控制系統不但能夠傳輸開關信號,也能夠傳輸模擬控制量并且對控制指令有較高分辨能力,也就是說,無線電液控制系統不但能夠控制普通的電磁開關閥,而且能夠控制比例閥。由于無線電液控制技術既有電液控制技術的優點,又有無線技術的優點,因此它有著很廣泛的應用,特別是在工程機械領域中。無線電液控制系統的典型應用場合如工業行車、汽車吊、隨車吊、混凝土泵(臂架)車、盾構掘進機的管片拼裝機等。

80年代初,美國Kraft TeleRobtics和約翰·迪爾等公司,相繼開發出無線遙控系統,并應用于挖掘機中,成功推出遙控挖掘機。其中,比較典型的是約翰·迪爾公司的690CR型遙控挖掘機。

1983年,日本小松制作所研究開發了各種工作裝置的微動控制和復合動作的無線電操縱,并成功改裝PC200-2型液壓挖掘機。

1987年,德國HBC公司研制成功應用于工程機械領域的工業無線電遙控裝置。這種遙控裝置采用了先進的數字化通信技術,傳輸的比例控制信號安全、可靠和實用,并對發射的指令有很高的分辨率;在接收端使用模擬技術可以使執行機構的加速、減速動作與無線電遙控裝置發射器上的動作完全成比例,從而實現對執行機構的無級控制。利用它,結合電液比例伺服驅動機構、液壓比例多路閥和電液比例減壓閥及普通電磁控制開關閥,就可以實現工程機械的無線遙控。德國HBC無線電遙控系統采用的比例輸出信號(0-5V/10V、4-20mA、PWM0-2A)可與多個廠家電液多路閥信號匹配,可模擬手動操作方式達到與液壓控制系統互相間的協調。

與國外對無線電液控制技術的研究應用相比較,國內則相對比較晚,技術相對也落后一些。上海寶山鋼鐵公司于1997年引入HBC無線遙控系統、意大利FABERCOM的比例液壓伺服模塊,對黃河工程機械廠生產的ZY65型履帶式裝載機進行了遙控改造,使其成為一臺遙控裝載機。

(二)無線電液控制技術研究趨勢

隨著數字通信技術和超大規模集成電路的高速發展,把數字通信技術和高性能、高集成度的集成電路應用到無線電液控制技術中,使得無線電液控制器的性能更加完善,可靠性更加高。它們都推動著無線電液控制技術的發展,具體表現在以下幾個方面:(1)超大規模集成電路的飛速發展使無線電液控制器硬件電路的可靠性提高,同時為實現更強大的(下轉第152頁)(上接第193頁)功能提供了可能性;(2)數字通信技術提高了無線電液控制器的性能;(3)糾錯編碼技術提高了無線電液控制器的抗干擾能力。

三、無線電液控制技術在盾構管片拼裝機中的應用

盾構管片拼裝機是一六自由度機械手,由電液比例多路閥控制各個方向執行器動作,實現管片的拼裝。利用無線遙控系統控制電液比例多路閥的先導級就可以控制進入多路閥的流量。采用電液比例技術能提高管片機的拼裝速度,有效地降低工程造價。

四、結語

由于無線電液比例技術具有多方面的優點,在工程機械領域得到了廣泛的應用。將無線遙控技術應用于盾構管片拼裝機系統,將具有重要的工程應用意義。

【參考文獻】

[1] 鄭貴源.無線遙控裝置在工業控制中的應用[J].機械與電子,1997,(2).

篇8

關鍵詞：直接數字通信；USB；設計

一、直接數字通信設計中應用USB技術的優勢

近幾年隨著無線技術的快速發展，無線USB接口技術也應運而生。無線USB是基于超寬帶無線通信技術（Ultra WideBand，UWB）技術的寬頻帶、低功率譜密度優點。隨著各種類型的USB外設（如USB閃存盤、USB視頻頭、USB鼠標等）的陸續出現，USB通信的優點越來越廣泛的被人們所熟知，將外設連接到計算機時，USB接口成為優先的選擇，USB總線主要具有以下優點：

（1）使用方便：設備自動識別，自動安裝驅動程序，支持動態接入。

（2）應用范圍廣：傳輸速率從幾Kb/s至幾百Mb/s；同一組總線上可以同時支持同步和異步傳輸類型；支持對多個設備的同時操作（多連接）；支持多達127個物理外設；支持在主機和設備間多個數據和消息流的傳輸。

（3）靈活性高：可以有很多不同大小的分組，并允許在一定范圍內選擇設備的緩沖區；通過支持不同的分組緩沖區和時延要求，支持不同數據傳輸速率的設備。

（4）傳輸可靠性高：協議中包含錯誤檢測機制。

二、直接數字通信設計

（一）USB控制系統設計

USB接口引擎的芯片僅處理USB標準協議包的通信；具有結構相對簡單、靈活性高、設計復雜性低的特點。本文遵照USB協議的定義，參考市場上已有的USB IP核，可以分析出一個USB設備控制器應具有如下主要功能：協議數據翻譯、總線上事件檢測、事務傳輸控制。

協議數據翻譯：由于USB數據傳輸采用反向不歸零（None-Return to Zero Inverted，NRZI）編碼，并有位填充，所以在發送或接收串行數據時需要進行編碼與解碼。數據在控制器內傳輸時以字節為單位，因此還需要進行串并轉換。USB數據以包為單位在總線上傳輸，在進行NRZI解碼后需要識別數據包開始、結束標志數據校驗采用循環冗余校驗（Cyclic Redundancy Check，CRC）方法，在接收或發送數據時需要進行相應的CRC校驗。

總線上事件檢測：對于USB總線事件需要進行檢測與確定，完成在各狀態之間正確轉換。USB事務傳輸控制：不同類型的USB事務有不同的傳輸控制機制，需要根據USB協議中所規定的順序來收發一系列USB包，完成一次事務傳輸所以，USB設備控制器要做到能夠正確識別由主機發來的各種包，并能根據傳輸機制做出正確處理。

物理層包括收發器和UTMI兩部分，其中收發器采用Agere Systems公司的芯片USS2X1A 8-bit，它的主要功能包括包開始（Start of Packet，SOP）和包結束（End of Packet，EOP）信號的檢測和產生時鐘恢復，即時鐘和數據的分離和提??；NAZI編碼和解碼；填充位的插入和刪除；串/并和并/串轉換；填充位錯誤和EOP錯誤的檢測。UTMI模塊實現總線上事件檢測功能，完成USB設備各狀態之間的轉換。該部分對USB數據并不進行處理，僅負責收發器和協議層PL模塊之間的數據傳遞。

控制器將轉換后的數字量直接存儲到FIFO存儲區中，也可以讀取FIFO存儲區中的數據并輸出到外部I/O接口。從而在單片FPGA上控制伺服系統所有信號。

USB設備控制器的核心部分是協議層SIE模塊，它主要完成USB事務傳輸控制功能。協議層SIE對于UTMI傳遞過來的USB包要能進行識別和翻譯。

端點控制模塊用于端點的選擇及端點訪問控制，USB核支持多達16個端點，實際使用時端點數目可設置?？刂破鞫急仨毻ㄟ^對端點寄存器讀寫來進行控制。此模塊是由端點和狀態寄存器構成，存放各種狀態信息和事件數據。

每個端點分別定義一套設置和功能相同但地址不同的寄存器，以端點0為例，它包括端點0狀態控制寄存器（EP0_CSR），記錄了端點狀態，包括端點號、端點類型和傳輸類型等一些狀態屬性的信息。

USB規范參照網絡中的開放系統互聯參考模型（Open System Interconnect Reference Model，OSI）采用了分層描述。USB規范把USB系統分為三層，即接口層、設備層和應用層。

（二）物理層面的數字部分設計

USB接口的物理層包括數字和模擬兩部分。本文只實現了物理層的數字部分。UTMI模塊含有接收狀態機、發送狀態機、接口狀態引擎和速度識別引擎4部分組成。接收/發送狀態機分別為接收和發送數據部分的核心控制邏輯，控制著對數據操作的順序，接口狀態引擎用于跟蹤接口的各狀態信息，它可以控制串行通信芯片的掛起/恢復工作模塊，還可以控制芯片的全速/高速通信速率的轉換。接口狀態引擎子模塊采用一個內部狀態機保持各狀態信息和芯片操作模塊轉換的信息。這些信息放在狀態寄存器中。速度識別引擎用來判斷串行數據通信的速率，并處理芯片掛起和復位操作的數據流方向。

（三）串行接口引擎即協議層設計

設備控制器的核心部分是串行接口引擎即協議層模塊，它主要完成USB事務傳輸控制功能。協議層對于UTMI接口傳遞過來的USB包要能進行識別和翻譯。同時該模塊判斷出當前的傳輸事務是何種類型，根據USB事務傳輸機制適時發送正確的USB包，由收發器傳遞給UTMI模塊處理。該模塊的結構主要包括：打包模塊、解包模塊和協議引擎模塊。協議層中的打包模塊專門負責組裝USB包，如果有需要發送的USB包，則送往打包模塊組裝，先組裝包頭，插入適當的PID，然后加入數據字段和校驗字段。

如果有UTMI模塊傳遞過來的USB包，則送往解包模塊拆裝，先解碼出PID，八位PID的低四位得到PID，通過USB2.0協議的PID類型定義譯出PID，再對其后的數據字段進行校驗并和包中校驗字段比較。

（四）控制設備傳輸層面設計

應用層不負責具體的傳輸，它控制設備傳輸哪些數據，由主機的用戶軟件和設備的功能單元組成，功能單元是用戶軟件對USB設備的抽象。設備的功能主要在這一層上實現。功能單元提供每個USB設備所需的特定功能，主機端包括用戶軟件和設備驅動程序，設備端的功能由功能單元來實現，他們之間的聯系看作是邏輯上的數據流。

數控系統的性能一定程度上是由系統參數決定，如何正確傳輸和設置這些參數是也是實現直接數字通信的關鍵問題，參數的正確傳輸與否直接影響機床正常的工作及其性能的發揮。通常一個數控系統都有大量參數，少則幾十個，多則上千，這里我們僅選取一個關鍵參數的傳輸來說明數據 如何在這一層上進行傳輸。

在完成以上物理層和協議層的設計后，首先根據系統參數把由一組指令實現的某種功能對應的程序存入存儲器中，用一個命令代表這些功能。編寫控制程序時只要寫出該代表命令，就能實現這些功能。

參數的存儲由于數控機床的參數是需要根據機床的狀況進行更改的，所以參數都保存在可讀寫的存儲區內。本文設計了16個端點，每個端點的存儲區都可以存參數、程序、參數等數據。系統當前的數據可以存放在任何一個區中，也可以從任一區域讀數據作為當前使用的數據。

三、結語

本文首先介紹了USB系統的邏輯體系結構，接著講述了USB協議規定的數據通信機制，數據傳輸格式，信息包的組成和分類，數據傳輸的4種方式，本文結合本系統選擇中斷和控制傳輸方式，講述和USB設備控制器設計相關的一些基本概念，描述符的具體設置及通信配置。根據USB協議先對USB設備控制器進行功能模塊劃分，對各部分進行說明。完成對物理層和協議層的設計，給出了設計生成的狀態轉換，接口信號，數據傳輸流程。

篇9

【關鍵詞】現場總線；可編程控制器；水處理行業

1、現場總線的概念

國際電工委員會IEC61158對現場總線（fieldbus）的定義是：安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串行、多點通訊的數據總線稱為現場總線?，F場總線是一種用于底層工業控制和測量設備，如變送器、執行器和本地控制器之間的數字式、串行、多點通信的數據總線。

對現場總線的概念的理解和解釋還存在一些不同的表述。例如，現場總線一般是指“一種用于連接現場設備，如傳感器、執行器及像PLC、調節器、驅動控制器等現場控制的網絡：現場總線是一種串行的數字數據通信鏈路，它溝通了生產過程領域的基本控制設備之間以及更高層次自動控制領域的自動化控制設備之間的聯系：現場總線是連接控制系統中現場裝置的雙向數字通信網絡：現場總線是用于過程自動化和制造自動化的現場設備或現場儀表互連的現場數字通信網絡，是現場通信網絡與控制系統的集成；現場總線是從控制室連接到現場設備的雙向全數字通信總線：在自動化領域，“現場總線”一詞是指安裝在現場的計算機、控制器以及生產設備等連接構成的網絡：現場總線是應用在生產現場、在測量控制設備之間實現工業數據通信、形成開放型測控網絡的新技術，是自動化領域的計算機局域網，是網絡集成的測控系統。

2、現場總線的組成與體系結構

現場總線技術包括三個部分：1）物理層；2）通訊棧；3）用戶層

和計算機系統一樣，現場總線系統也是由硬件和軟件兩大部分組成。硬件包括通信線、連接在通信線上的設備。軟件包括：組態工具軟件、組態通信軟件、控制器編程軟件、用戶程序軟件、設備接口通信軟件、設備功能軟件、監控組態軟件。

3、現場總線標準

現場總線是20世紀80年代開始發展起來的。由于現場總線所具有的本質技術特點和一系列優點及其所呈現的極為誘人的發展前景，也由于在現場總線的生產和發展過程中人們對現場總線的理解有所不同，現場總線出現了雜亂紛呈的局面。據不完全統計，目前國際上有40多種現場總線。目前國際通用標準IEC61158共有三個不同版本。此外還有IEC62026、ISO11898及ISO1519。

中國現場總線標準化工作的現狀：對國際標準IEC61158的文本結構作適當調整，形成多種總線的標準文本，并根據中國用戶應用和產品開發的需要建立相應的行業標準。2001年，中國將FF、PROFIBUS、HART等立項為行業標準，其中PROFIBUS標準已于2001年11月批準為中國的行業標準。

4、現場總線技術優點

1）節省硬件成本

現場總線使用標準功能塊完全控制策略。功能塊是標準的自動化函數。許多控制系統功能塊，諸如模擬輸入、模擬輸出、PID控制等功能都可以通過使用功能塊由現場設備完成。以模塊為基礎，設計一致的功能塊，使來自不同廠家的設備可以無縫的集成在一起。

2）設計組態安裝調試簡便

現場總線允許多臺設備掛接在一對電纜上。這樣可以減少電纜、安全柵和安裝盒。

3）系統的安全可靠性好，減少故障停機時間

在傳統的自動化系統中，除了過程參數外沒有更多的有用信息。在基金會現場總線中，由于采用了數字通訊，信息量大大增加。除此之外，現場總線提高了精度，減少了失真（不需A/D和D/A轉換），使控制更為可靠?？刂品植荚诂F場設備中，提高控制質量。現場總線允許從變送器中傳送多個變量到系統中來，進行諸如存檔、趨勢分析、過程優化、產生報表等。高精度、不失真的數字通訊特點可以提高控制能力，因而提高產量。帶有微處理器的現場總線設備具有自診斷和通訊能力，因而減少了系統停車時間，提高了工廠安全。一旦發現不正常情況或設備需要預維護，操作工和維修人員會被通知，從而采取及時正確的行動。

4）系統維護設備更換和系統擴充方便

5）用戶對系統配置設備選型有最大的自

現場總線是開放的協議，這意味著來自不同生產廠家的經過基金會認證的設備互可操作，在同一系統中，不依賴某一個廠商，而又可運行多種設備，同時沒有任何功能喪失。

6）完善了企業信息系統為實現企業綜合自動化提供了基礎。

5、現場總線在水行業中的應用

由于水資源的緊張及環保意識的提高，給水工程及污水處理工程已經成為新興的重要行業。尤其是污水處理工程，目前國內外許多有實力的公司開始在國內投資建設污水處理廠。企業目的是為了少投入，多贏利，因此企業會根據不同地點、不同水質采用不同的水處理工藝。而先進的工藝都離不開先進的電氣自動化設備，因此自動化的先進程度很大程度上決定了工藝能否順利運行，也決定了水廠日后的運行費用，同時也決定了投資成本的回收期限。自控產品的快速發展使各種復雜的水處理工藝得以實現，根據污水處理的所采用的工藝不同，其自動化的復雜程度也不同現場總線促使現行的現場設備和儀表的產品結構將發生重大變革?，F場總線把自動控制系統和設備帶進了信息網絡之中，形成為企業信息網絡的底層從而為實現企業信息集成和企業綜合自動化提供了可行的基礎，傳統的信號制將由4-20mA模擬信號制轉換為雙向數字通信的現場總線信號制。

在我院設計的“大慶市西城區污水處理廠”工程設計中，部分控制系統采用了現場總線。如污泥脫水系統及曝氣系統的高速離心風機采用了現場總線的通訊方式，目前看來，無論是通訊速率，還是可靠性都充分顯示了現場總線的優越性。

6、結束語

現場總線在水處理行業的應用，目前還處于嘗試階段，為形成主流。水處理中的主要設備有水泵、風機及閥門，電壓等級為10KV和0.4KV。10KV設備保護主要采用綜合保護器，目前的保護器均有自己的通訊協議，并且水廠內不同廠家提供的設備不能采用統一的總線標準。因此，整個控制系統不能完全做到兼容。但隨著現場總線技術的發展，將會有更多的廠家采用標準的總線通訊協議，那時，現場總線會使水廠真正實現系統的智能化、分布化、數字化。

參考文獻

[1]夏德海主編.現場總線技術.北京：中國電力出版社，2003

[2]周明編著.現場總線控制.北京：中國電力出版社，2002

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智能化低壓配電系統由低壓開關設備具有通信功能的智能化元件經數字通信與計算機系統網絡連接,實現變電站低壓開關設備運行管理的自動化、智能化。系統可實現數據的實時采集、數字通信、遠程操作與程序控制、保護定值管理、事件記錄與告警、故障分析、各類報表及設備維護信息管理等功能。針對低壓電氣系統直接面向控制終端,設備多、分布廣,而且現場條件復雜,系統本身及設備頻繁操作、故障脫扣等產生的強電磁及諧波干擾等特點,智能化監控系統應能實現面向對象的操作模式,具有強抗干擾能力,主要控制功能由設備層智能化元件完成,形成網絡集成式全分布控制系統,以滿足系統運行的實時、快速及可靠性的要求。系統中的低壓智能化元件就其功能而言總體上可分為:電能質量監測、開關保護與控制及電動機控制等。由于現場總線技術的應用,系統中智能化元件可不依賴計算機網絡而獨立運行,極大地提高系統運行的實時性和可靠性,滿足低壓電器設備運行管理的需要及工廠生產過程控制的要求。

現場總線是應用在生產現場、在微處理器測控設備之間實現雙向串行多節點數字通信的系統,也被稱為開放式、數字式多點通信的底層網絡。20世紀80年代中期,隨著微處理器技術和網絡技術的發展,DCS系統4～20mA的模擬量傳輸方式逐漸被數字網絡傳輸方式所取代,現場總線控制系統(Fieldbus Control System,FCS),迅速發展并在自動化領域得到廣泛應用。FCS既是一個開放式通信網絡,又是一種全分布式控制系統。它作為智能設備的聯系紐帶,把掛在總線上作為網絡節點的智能設備連接為網絡系統,并進一步構成自動化系統,實現基本的控制、計算、參數設置、報警、顯示、監控及系統管理等綜合自動化功能。在FCS中,各種部件用通信網絡連接起來,數據傳輸采用總線方式,系統信號的傳輸完全數字化。系統內不存在嚴格意義上的主控部件,資源共享,各智能化部件可以不依賴計算機而獨立運行。FCS完全淘汰了4～20mA的模擬量傳輸方式,減少了大量的現場敷線;FCS的控制調節過程在現場部件,有效地提高了系統控制的實時性和可靠性,并避免了系統因主機故障而陷入癱瘓。

幾種有影響的現場總線技術包括FF、Profibus、LonWorks、CAN、DeviceNet等。它們的通信模型各不相同,其應用具有各自的特點,已形成統一標準并在特定的應用領域顯示了自己的優勢?，F場總線技術的優點主要有:

(1)節省硬件投資。現場總線系統的智能設備分散在現場,能直接執行控制和計算功能,可減少大量的變送器及調節器、計算單元等,也不再需要DCS系統的信號傳輸處理單元及其大量復雜的硬線連接,節省了可觀的硬件投資,并可減少控制室的占地面積。

(2)節省安裝費用?，F場總線系統的接線十分簡單,一條通信總線上可掛接幾個甚至上百個設備,節省安裝附件,安裝工作量大大減少,設計及接線校對的工作量也大大減少。資料顯示,與DCS相比,現場總線系統的安裝費用可節省60%以上。

(3)減少維護費用。由于現場控制設備具有自診斷及一定的故障處理能力,并通過數字通信將相關信息送往控制室,用戶可實時監測及查詢所有設備的運行,及時了解維護信息,以便早期分析與排除故障,縮短維護停工時間。同時,由于系統結構簡化、接線簡單,減少了維護工作量。

(4)系統集成更簡單、靈活。用戶可選擇不同制造商的產品來集成系統,避免或減少系統集成中因不兼容的協議和接口帶來的麻煩。