数字通信概念精选(九篇)

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第1篇：数字通信概念范文

【关键词】 电子式互感器 数字同步 数字通信

前言：最近这些年，电子式互感器越来越多的应用于各地的数字化变电站。电子式互感器能够大面积普及，主要要感谢今年嵌入式技术和以太网的通信技术获得了长足的发展。电子式互感器与传统的电磁式互感器相比，具有相当大的优势，今后取代电磁式互感器的地位已属必然。电子式互感器在功能上分为数字信号处理和数字通讯两大部分。由于电气量采集方式的改变，数字同步问题逐渐凸显，成为了一个亟待解决的问题，另一方面数字通信问题也不可忽视。本文将重点研究数字同步和数字通信问题，为当前电子式互感器的发展提供解决方案。

一、电子式互感器的概念和特点

1、电子式互感器的概念。电子式互感器分为两个大类，一种是光学无源式，另一种是非光学有源式。这两类的共同特点是都要通过采集器来采集模拟电信号，然后进行将采集来的电信号下传的功能。光学无源电子式互感器和非光学有源电子式互感器的主要区别在于传感原理和外部接口。非光学有源电子式互感器又有一个别名，叫做罗氏有源电子式互感器，因为在这种电子式互感器的内部结构中，需要使用罗氏线圈来将电信号下传，拥有广阔的应用前景和强劲的发展势头。而光学无源电子式互感器则是利用光学原理来进行传输信号的工作，在信号变换上有自身的优势[1]。

2、电子式互感器的特点。电子式互感器之所以能够快速普及，是因为它解决了过去的电磁式传感器存在的一些固有问题。首先电子式互感器在精度上有了较大的飞跃，而且它的精度比较不容易受到外界因素的影响，相对稳定。其次，由于电子式互感器卓越的绝缘性质，使它在使用时的安全系数大大提高了。第三，电子式互感器的动态范围大，规避了其他互感器开路或者短路的意外风险。第四是电子式互感器没有铁芯，不必担心铁磁谐振。第五是电子式互感器灵活、轻便，适合于移动工作[2]。

二、电子式互感器与数字同步

数字同步技术对于整个电力系统有着特殊的重要意义，由于电力设备类型的不同，不同的电力设备产生的电压信号和电流信号都必须通过数字同步技术来实现统一。在目前的技术水平限制下，PPS码和B码是使用最为广泛的两种同步方式。这两种同步方式的共同点是能够以秒为单位来实现同步，其同步频率较高，能够对数字偏差进行实时地调节[3]。在电力系统中，各种不同种类的设备从产生电压和电流信号到数字同步处理完成的整个过程当中，最严重的问题就是告诫FIR滤波器导致的群延迟，这是导致数据同步出现延时的一个主要问题[4]。解决这个问题，光是靠从前所谓的插值运算是无法解决的。因为传统的插值运算方法在采集到处理的整个过程中无法对电流和电压信号进行有效的操作和控制。要解决这个问题，必须换一个思路，尝试用一种新的方式，即两极同步的方式来进行处理。两极同步的方式的优势主要有：首先两极同步可以用数字移相器将滞后的数字信号前移；其次，可以在使用差值计算的同时对信号进行精确处理。但是这个方式仍然有一些问题，在实际运用中要特别注意。

三、电子式互感器与数字通信

在讨论电子式互感器与数字通信技术的关系时，需要先了解使用IECE标准的MU服务器的基本结构。如果我们熟悉MU服务器的基本结构，我们就应当能够发现，在实际工作过程中，服务器所采集的十几路数字信号最后被分配到了两路数据集当中。在现有的技术水平限制下，测量值和保护值在发送时需要考虑到多种因素，为了在实际上保证数字通信的顺利进行，需要在发送时把握好时间差。这是因为采样值需要和对应的电压和电流信号一起发送。

结论：在现代社会中，电是所有行业的生命线，维护电力系统的高效与稳定是每个电力人的夙愿和追求。由于不同的电子设备标准配置千差万别，电压和电流信号并不相同，就需要在数字化变电所中实现互感。新的电子式互感器解决了以往电磁式互感器的问题，逐步普及，进而取代了电磁式互感器的地位。本文首先婆媳了电子式互感器的概念和特点，介绍了电子式互感器之所以能够快速普及的原因，进而深入讨论了电子式互感器与识字同步技术和识字通信技术的关联和应用以及相关的局限。本文在讨论解决技术相关问题局限上提出了自己基于实际研究工作的观点和看法，为电子式互感器的应用做出了微薄的贡献。

参 考 文 献

[1]罗彦.IEC61850标准在智能变电站过程层中的应用研究[D].大连理工大学，2012.

[2]张志.电子式电流互感器在线校验关键技术及相关理论研究[D].华中科技大学，2013.

第2篇：数字通信概念范文

关键词：GMDSS E航海 数字通信 海岸电台

1.水上无线电发展的历程和现状

水上无线电通信的发展经历了多个发展阶段，1973年国际海事咨询委员会提出了“关于发展海上遇险呼救系统的建议”开始了新的海上通信系统的研究。水上无线电通信走进了全球履约的时代。1979年国际海事咨询委员会的A.420号决议案提出了建立“未来全球海上遇险与安全系统”（GMDSS）工作组。目标在于建立全球通信网，规定新系统应符合IMCO制定的《国际海上搜寻救助公约》，1999年GMDSS系统在全世界各航运国家全面启用，利用现代化的通信技术改善海上遇险与安全通信，建立新的海上搜救通信程序，并用来进一步完善现行常规海上通信的一套庞大的综合的全球性的通信搜救网络。按照SOLAS公约无线电通信业务的规定，各缔约国政府为空间和地面无线电通信业务提供适当的基础设施。各国建立了地面无线电和卫星DSC值守系统。海岸电台目前业务即在这一背景下建立。

2.GMDSS复审和现代化

IMO在2009年决定开始GMDSS的回顾和现代化。通过回顾GMDSS关于无线电通讯规定的（SOLAS 公约第四章），一方面GMDSS需要用于安全，不仅仅为了遇险求救信号，而且它代表通用岸基系统的组成部分，应该实现其他无线电通讯功能（例如遇险求助、紧急事项、安全和报平安）。另外，不能单独考虑e-NAV或者GMDSS，而应该直接考虑无线电通讯，寻求一种方法确保e-航海和GMDSS的利益。

GMDSS复审和现代化过程中提出的可能纳入的新技术水上数据交换通信技术可以服务于新时代航海战略的通信需求，可以提供从近到远，覆盖各海区的数字通信服务。解决岸―船、船―岸和船―船数字通信，播发文本、图像、声音等多种文件，海图改正信息等航行相关安全信息的快速推送，并提供数字接口，实现与船舶信息系统的无缝连接。

水上移动业务甚高频频段数据交换系统（VDES）可以提供沿海30-50海里的数字通信服务，数据传输带宽可以达到150Kbps。

中频水上数字广播NAVDAT可以提供沿海300海里范围内的数字广播通信服务。

水上移动业务高频数字化数据交换系统可以提供远距离（可以为极地航线）服务的水上数字通信服务。

随着E航海通信融合概念的提出和相关标准的推出，如通用即插即用（UPnP）协议能提供一套广泛适用、有效的协议，为不同的供应商和通信方式提供实用的、无需配置的实施方案。UPnP协议是基于英特网技术，不依赖开放系统的编程语言。UPnP协议能够部署在局域网已经应用于全球英特网上。该技术为各种水上无线电通信技术一起服务于水上通信和E航海提供了可能。

3.E航海的通信需求

从2006年左右提出E航海基本理念起，国际组织就陆续开展了E航海的用户需求调研、差距分析、成本效益和风险分析、技术架构设计、原型产品设计、数据交换模型和标准研究等，2014年制定E航海实施计划，从而标志着E航海真正进入了落地实施阶段。

E航海是航海保障的升级版，是符合信息化技术发展时代下的航海保障发展方向。通过电子的方式，在船上和岸上，收集、综合、交换、显示和分析海事信息，以增强船舶泊位到泊位的全程航行能力，增强相应的海上服务、安全和保安能力，以及海洋环境保护的能力。

E航海各标准的制定和示范系统的建设，正在迅速推动E航海所需要的现代水上通信的发展。由于有大量的船岸数据通信需求，E航海的通信要求相比以往的助航方式更高。为现代化的海岸电台服务E航海战略的发展提供了契机。

岸基海岸电台的数字通信从甚高频、中频到高频可以为E航海提供从近到远的数字通信服务。成为众多服务E航海通信手段的重要一环。

4.海岸电台在新时代背景下的机遇

海岸电台的传统业务发展近年比较缓慢，业务量保持稳定，业务集中到以安全值守和安全履约通信为核心的GMDSS传统业务领域，如以前大量使用的SSB单边带船员电话等常规通信业务，在2000年至2004年左右进入业务高峰期以后，近些年因卫星电话和船上宽带的推广反而出现萎缩的状态，在甚高频和高频等海岸电台频段，因如SSB语音等常规通信的业务量减少，频率资源和海岸电台设备资源的使用效率降低。

E航海、GMDSS现代化为海岸电台的发展提供了新的历史机遇。大量的数据通信要求为海岸电台业务量重新增长带来了机遇。未来船载通信设备将走向通信融合的趋势，各种通信手段通过即插即用等热连接的方式成为船台通信手段之一。

5.海岸电台的应对措施

5.1海岸电台更新设备具备未来数字传输功能

海岸电台设备支持数据传输是以后必需满足的功能，在海岸电台的技术改造和设备更新中可以做相关的筹划和准备。

探讨电台设备对数字传输的支持性，在设备选型和技术路线选择与满足履约需要的前提下，优先选用支持数字传输的设备，如具有IP接口的设备，收发信机设备具有系统控制，可以实现软升级的设备。在以后的数字化业务发展中，可以最大程度利用已有设备的投资，通过软件升级的方式过渡到数字传输功能，避免重复建设。在中控系统和值班系统方面实现数字化的管理、设备的管理、业务的处理用软件系统实现，在业务系统中包括数据的来源管理，业务的播发，过程的监控，事后的审计，数据的归档查询，全业务流程实现闭环管理。中控系统在可行的条件下，实现从硬交换到IP软交换过度。为数字化应用，数据的自主管理，船端设备的数据下载等以后的业务做好准备。

近年来，国内外的设备厂商已经推出同时支持模拟传输方式和数据传输方式的设备。如高频设备的收信机，已经实现RJ45标准网络接换，支持数字化高频信号的接收，并支持多天线阵列和信号叠加处理。发信机设备已经兼有RS232控制接口、四线音频接口和以太网接口，满足从模拟向数字过渡的设备需求，既能满足模拟和硬交换系统的运行，兼容现状的运行模式，也能满足未来水上通信的数字传输要求。

5.2跟踪水上通信数字化标准和应用的发展

水上通信数字通信频率编码方式标准已经，相应的设备也在研发当中，紧密跟踪国际会议相关方面的进展情况，了解示范应用系统的建设、运行情况，开展数字化设备的验证和标准制定工作。按照ITU的水上数字通信标准，开发采用正交频分复用（OFDM）QAM调制解调协议的高容量、高可靠性数字传输系统，在海岸电台频道上实现数字通信，满足船舶航行远距离实现收发电子邮件和数据传输的功能。

5.3尝试水上数字通信在E航海示范过程中的应用

E航海已经进入到示范应用系统的建设阶段，在海事局十三五规划中，各航保中心都有示范工程，在E航海示范工程中，可以尝试海岸电台水上数字通信在E航海示范系统中的应用。通过水上数字通信系统实现E航海数据传输的船岸、岸船通信。

6.结束语

综上所述，海岸电台数字传输是未来海岸电台的发展方向，为海岸电台的发展带来了新的机遇。在航海保障的技术升级和服务转型中，提供了新的技术手段，海岸电台需要紧跟E航海示范系统的建设，提供通信手段，才能在未来水上通信格局中占据一席之地。

参考文献：

[1]ITU-RM.1842-1建议书.水上移动业务频道交换数据和电子邮件的VHF无线电系统和设备的特性，2009（6）.

第3篇：数字通信概念范文

【关键词】现场总线；可编程控制器；水处理行业

1、现场总线的概念

国际电工委员会IEC61158对现场总线（fieldbus）的定义是：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通讯的数据总线称为现场总线。现场总线是一种用于底层工业控制和测量设备，如变送器、执行器和本地控制器之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。

对现场总线的概念的理解和解释还存在一些不同的表述。例如，现场总线一般是指“一种用于连接现场设备，如传感器、执行器及像PLC、调节器、驱动控制器等现场控制的网络：现场总线是一种串行的数字数据通信链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设备之间的联系：现场总线是连接控制系统中现场装置的双向数字通信网络：现场总线是用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场数字通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成；现场总线是从控制室连接到现场设备的双向全数字通信总线：在自动化领域，“现场总线”一词是指安装在现场的计算机、控制器以及生产设备等连接构成的网络：现场总线是应用在生产现场、在测量控制设备之间实现工业数据通信、形成开放型测控网络的新技术，是自动化领域的计算机局域网，是网络集成的测控系统。

2、现场总线的组成与体系结构

现场总线技术包括三个部分：1）物理层；2）通讯栈；3）用户层

和计算机系统一样，现场总线系统也是由硬件和软件两大部分组成。硬件包括通信线、连接在通信线上的设备。软件包括：组态工具软件、组态通信软件、控制器编程软件、用户程序软件、设备接口通信软件、设备功能软件、监控组态软件。

3、现场总线标准

现场总线是20世纪80年代开始发展起来的。由于现场总线所具有的本质技术特点和一系列优点及其所呈现的极为诱人的发展前景，也由于在现场总线的生产和发展过程中人们对现场总线的理解有所不同，现场总线出现了杂乱纷呈的局面。据不完全统计，目前国际上有40多种现场总线。目前国际通用标准IEC61158共有三个不同版本。此外还有IEC62026、ISO11898及ISO1519。

中国现场总线标准化工作的现状：对国际标准IEC61158的文本结构作适当调整，形成多种总线的标准文本，并根据中国用户应用和产品开发的需要建立相应的行业标准。2001年，中国将FF、PROFIBUS、HART等立项为行业标准，其中PROFIBUS标准已于2001年11月批准为中国的行业标准。

4、现场总线技术优点

1）节省硬件成本

现场总线使用标准功能块完全控制策略。功能块是标准的自动化函数。许多控制系统功能块，诸如模拟输入、模拟输出、PID控制等功能都可以通过使用功能块由现场设备完成。以模块为基础，设计一致的功能块，使来自不同厂家的设备可以无缝的集成在一起。

2）设计组态安装调试简便

现场总线允许多台设备挂接在一对电缆上。这样可以减少电缆、安全栅和安装盒。

3）系统的安全可靠性好，减少故障停机时间

在传统的自动化系统中，除了过程参数外没有更多的有用信息。在基金会现场总线中，由于采用了数字通讯，信息量大大增加。除此之外，现场总线提高了精度，减少了失真（不需A/D和D/A转换），使控制更为可靠。控制分布在现场设备中，提高控制质量。现场总线允许从变送器中传送多个变量到系统中来，进行诸如存档、趋势分析、过程优化、产生报表等。高精度、不失真的数字通讯特点可以提高控制能力，因而提高产量。带有微处理器的现场总线设备具有自诊断和通讯能力，因而减少了系统停车时间，提高了工厂安全。一旦发现不正常情况或设备需要预维护，操作工和维修人员会被通知，从而采取及时正确的行动。

4）系统维护设备更换和系统扩充方便

5）用户对系统配置设备选型有最大的自

现场总线是开放的协议，这意味着来自不同生产厂家的经过基金会认证的设备互可操作，在同一系统中，不依赖某一个厂商，而又可运行多种设备，同时没有任何功能丧失。

6）完善了企业信息系统为实现企业综合自动化提供了基础。

5、现场总线在水行业中的应用

由于水资源的紧张及环保意识的提高，给水工程及污水处理工程已经成为新兴的重要行业。尤其是污水处理工程，目前国内外许多有实力的公司开始在国内投资建设污水处理厂。企业目的是为了少投入，多赢利，因此企业会根据不同地点、不同水质采用不同的水处理工艺。而先进的工艺都离不开先进的电气自动化设备，因此自动化的先进程度很大程度上决定了工艺能否顺利运行，也决定了水厂日后的运行费用，同时也决定了投资成本的回收期限。自控产品的快速发展使各种复杂的水处理工艺得以实现，根据污水处理的所采用的工艺不同，其自动化的复杂程度也不同现场总线促使现行的现场设备和仪表的产品结构将发生重大变革。现场总线把自动控制系统和设备带进了信息网络之中，形成为企业信息网络的底层从而为实现企业信息集成和企业综合自动化提供了可行的基础，传统的信号制将由4-20mA模拟信号制转换为双向数字通信的现场总线信号制。

在我院设计的“大庆市西城区污水处理厂”工程设计中，部分控制系统采用了现场总线。如污泥脱水系统及曝气系统的高速离心风机采用了现场总线的通讯方式，目前看来，无论是通讯速率，还是可靠性都充分显示了现场总线的优越性。

6、结束语

现场总线在水处理行业的应用，目前还处于尝试阶段，为形成主流。水处理中的主要设备有水泵、风机及阀门，电压等级为10KV和0.4KV。10KV设备保护主要采用综合保护器，目前的保护器均有自己的通讯协议，并且水厂内不同厂家提供的设备不能采用统一的总线标准。因此，整个控制系统不能完全做到兼容。但随着现场总线技术的发展，将会有更多的厂家采用标准的总线通讯协议，那时，现场总线会使水厂真正实现系统的智能化、分布化、数字化。

参考文献

[1]夏德海主编.现场总线技术.北京：中国电力出版社，2003

[2]周明编著.现场总线控制.北京：中国电力出版社，2002

第4篇：数字通信概念范文

关键词：SystemView，通信系统，仿真

1 引言

传统的通信原理教学理论性强，涉及的抽象概念较多，主要研究对象是通信系统。包含了模拟调制系统、脉冲编码调制系统、数字基带传输系统、数字频带传输系统。学生在学习时仅从框图中难以理解各个通信系统的工作原理。目前通信系统仿真在相关领域已得到广泛应用，在教学中引入仿真技术，通过建立系统模型，设置仿真参数，动态分析通信系统，了解其工作过程，从而有助于学生理解抽象的内容。

SystemView仿真软件是美国ELANIX公司设计和开发的动态系统分析平台，主要用于电路与通信系统的设计、仿真，能满足数字信号处理、滤波器设计、复杂通信系统的设计要求。具有开放友好的用户界面，丰富的库资源、动态分析和后台处理等特点，尤其在通信系统分析和设计领域具有广泛的应用前景。

SystemView软件进行通信系统仿真步骤如下：

（1）设计通信系统原理框图。

（2）建立仿真模型：在信号源图符库、算子图符库、函数图符库、信号接收器图符库中选取需要的功能模块，搭建通信系统。

（3）设置仿真系统参数：包括运行系统参数设置和功能模块运行参数。

（4）运行仿真系统：根据系统设计要求调试各个模块的参数，观察分析结果。

2 仿真实例

下面以FSK调制解调系统为例介绍仿真过程。主要分为三个步骤：系统框图设计，仿真模型构建，仿真结果分析。

2.1 FSK调制解调系统的设计

FSK是用两个不同频率的载波来传输数字信号的“0”和“1”。其抗噪声与抗衰减性能较好，所以在中低速数据传输（传输速率在1200bit/s以下）中得到了广泛的应用。FSK调制方法有直接调频法、键控法。FSK信号的解调方法有相干解调、非相干解调、鉴频法、差分检波法及过零检测法。

其中键控法是由两个独立的载波发生器的输出受控于输入的PN码，按照“1”或者“0”分别选择一个载波作为输出，利用两个模拟乘法器和加法器即可得到FSK信号。过零检测法是利用数字调频波的过零点数随不同的载频而异，故检测出过零点数，即可得到不同的频率。

本例调制部分采用键控法来实现，如图1所示；解调部分采用过零检测法如图2所示。

2.2 仿真系统构建

基于SystemView平台建立FSK系统仿真模型，如图3所示。

图中图符Token0是频率为10Hz的PN序列，Token1是频率为50Hz的载波，幅度为1V。Token9是频率为10 Hz的载波，幅度为1V。图符Token7是反相器，图符Token3，8是乘法器，图符Token10是加法器。Token17是观察示波器，用来观测FSK信号。

Token35是高斯噪声源，用来模拟传输信道中的噪声。

在仿真模型中Token15，19，21，23，25实现过零检测。其中Token15是限幅器，Token19是微分器，Token21是全波整流器，Token23是脉冲发生器，Token25是Butterworth低通滤波器，其截止频率为10Hz。Token31是缓冲器，对通过低通滤波器的信号进行抽样判决，最后在Token30处观察解调后的PN序列。

2.3 仿真结果及分析

本系统定时设置为：抽样点数=1024，抽样频率=1000Hz。运行后结果如图4，5，6所示。

从图4看到“1”对应50Hz的载波，“0”对应10Hz的载波，符合FSK调制规则。从图5观察到解调后的波形与原始信号相同，只是在时间上有点延时，这与实际电路吻合。从而证明过零检测法可以很好地还原出原始信号。图6是 FSK信号的频谱，从图上看出两个尖峰处分别对应频率为10 Hz 和50Hz的载波。

3 结束语

在通信原理教学中引入SystemView仿真技术， 利用其可视化结果，有助于学生理解通信系统的原理及工作过程。学生在仿真设计过程中，从建立模型，调试参数，到最后的结果分析。可以培养学生的分析能力和设计能力，从而达到良好的教学效果。

参考文献

[1]罗卫兵，孙桦，张捷.SystemView动态分析及通信系统仿真设计[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001.

[2]青松，程岱松，武建华.数字通信系统的SystemView仿真与分析[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.

[3]樊昌信.通信原理教程[M].北京：电子工业出版社，2004.

[4]孙屹.SystemView 通信仿真开发手册[M].北京：国防工业出版社，2004.

[5]张力军，钱学荣，张宗橙等.通信原理[M].北京：高等教育出版社，2008.

第5篇：数字通信概念范文

【关键词】铁路调度通信；发展；FAS；软交换技术应用

引言：铁路调度通信就是为保证铁路各部门之间信息畅通、调度指挥和车辆信息传送的通信系统，铁路调度通信具有：点多线长、距离远、集中管理、沿线分布；而且安全性、稳定性、保密性要求较高的特点。铁路调度通信在建设中要求稳定、稳步、安全、可靠，其发展过程具有不同于其它通信行业的铁路特色。

1 铁路调度通信发展的三次新技术改造

第一次技术改造出现在六十年代末，这次技术改造把最原始脉冲选叫技术的通信模式改变成了双音频的选叫方式。改造后通信设备的元器件基本上从电子管为主要器件转变成以晶体管主要器件，传输载体逐步由架空明线向长途电缆发展，设备的型号以YD型调度系统和YG型各站系统为主，这种产品在可调性和可维修性方面具有很大的优势，随着数字通信技术的发展，到九十年代初出现了以 “数字编码” 取代 “双音频” 的DC系列程控式调度（各站）电话总机，呼叫信号采用了数字编码技术使选叫速度加快，呼叫准确率大大提高，抗干扰性能有所增强， DC型设备的话音传输依旧是模拟信号，所以仍属于模拟设备。

第二次技术改造出现在九十年代末，随着计算机技术和TDM交换技术的普及，以及覆盖全路的专用数字通信网建成，数字调度系统得到应用，数调设备采用数字交换和计算机技术，实现了传输通道的数字化和端站的数字时分交换，实现了网关集中管理，采用了大规模集成电路芯片，传输载体以光缆为主，解决了调度通信、站间通信、站内通信、区间通信等通信业务的综合接入；数调设备的局端交换能力达到1K*1K,车站端交换能力512*512。鉴于当时的研发环境，数调设备的设计并没有改变原先的调度共线模式，所以承载的业务类型受到限制。由于不同厂家设备的信令方式和数据制作方式各不相同，所以互不兼容。

第三次技术改造出现在21世纪初，随着高速铁路的建设，无线调度通信则摒弃既有无线列调大三角、无线列调小三角系统,启用GSM-R系统作为铁路移动通信的平台。为了能适应GSM-R调度通信系统下的各种调度业务及功能的需求，数调生产厂家研发了FAS系统。FAS系统是在原有数调产品基础上的升级换代产品，能够满足GSM-R系统中的固定用户接入需要。局端FAS系统采用4K*4K交换平台，实现了全数字无阻塞电路交换，同时兼容原有的数字共线业务，以及点对点、点对多点、固定接续业务等，采用触摸式调度台增加了功能号码显示、呼叫列车功能号码的功能，支持对固定用户或移动用户的单呼、组呼、全呼、会议、广播、紧急呼叫等功能。

2 铁路调度通信的现状及运用特点

鉴于铁路发展的连续性和不间断性，在一些偏远山区或一些行车不密集的铁路线依旧采用双音频模拟通信，在既有铁路线上，使用固定时隙的数调设备占有绝大多数，新建客专及G网改造的铁路线则使用了GSM-R网络和FAS相结合的通信系统。

数调FAS系统属于G网调度通信中的有线部分，实现了与GSM-R系统的无缝连接，在铁路调度通信中直接完成路局调度员的操作和使用。数调FAS支持ISDN业务，不仅能作为专用调度交换机使用、还可以作为公务电话交换机、人工话务台交换机使用，并能平滑升级至软交换。为了支持G网系统统一ISDN号码及机车车次功能号编码方案，数调FAS系统具有20位号码的分析能力，支持GSM-R系统的高级语音呼叫，例如：多优先级、强拆与强插、语音组呼、语音广播、呼叫转移等业务。FAS前台可以直接拨叫固定及移动用户的ISDN号码外，还可以通过拨叫列车的车次号或者机车功能号来呼叫用户。基于G网系统的功能寻址、功能号表示、接入矩阵和基于位置寻址的功能，可以实现铁路运输有方式的呼叫通话，例如： 571组呼、210组呼、401组呼、299组呼（紧急呼叫）、1200短号码呼叫、1300短号码呼叫等。数调FAS调度台具有前台存储数据、前台功能设置、人性化设计的特点，并能升级为多媒体指挥调度台。

3 铁路调度通信技术的未来发展

目前铁路调度通信系统中存在设备种类多、功能兼容性差，尤其在事故救援通信保障、视频通信、调度命令及数据通信方面发展较慢，而且自成体系。作为NGN网络的核心技术，软交换受到越来越多的关注。软交换技术是运用SIP协议基于包交换的非连接网络技术，支持端到端的透明访问，并且具有传统TDM电路交换机的业务功能，具有开放的接口和统一的平台，实现语音、数据、视频等多种数据流通信的功能。如果运用到铁路调度通信中，将具有如下优势：

3.1 基于软交换网络中同层网元之间、不同层的网元之间均通过软交换进行通信，在任何区域接入调度台成为可能，使得扩展车站功能以及接入支线车站和地方铁路的方案更灵活，调度命令及其它文字信息的传送将更迅速、更直观。

3.2 双系统互备冗余将成为可能，基于双系统同组解决方案，两台系统之间互相冗余热备份，当其中一台系统发生故障时，另一系统可以接管故障系统的所有工作，实现多个备用调度中心并存，起到良好的容灾效果和异地备调的作用。

3.3 多个调度台的同组共享的功能，不同系统下的多个调度台组成调度台组，组内成员共享调度信息和呼叫信息，任一调度台发生故障时，同组的其它调度台可以正常工作，也使得主任调度台或应急指挥调度台无缝、全业务接管及监督成为可能。

3.4 多通道的路由迂回功能，软交换是通过数字中继网关PRI信令与2M传输网连接， 不仅传输路由迂回能力超过既有网络，而且2B+D的迂回能力大大增强，当 U口发生故障时，前台可以自动寻址到另一个U口，不影响调度台的正常通信。

3.5 视频通话功能，采用视频会议技术利用多媒体终端，使调度员与现场的视频通话成为可能。使调度指挥更形象、更直观，还可以整合既有的静图系统和动图系统，软交换技术将在铁路事故救援通信中发挥汇接的作用。

3.6 终端更加多样化，数字话机、视频话机、及IP调度小号话机将得到应用

结束语：

铁路调度通信设备在经历了机械、模拟、数字、G网多个阶段，伴随着进入21世纪中国高速铁路的迅速发展，开发并应用软交换技术将大大扩展铁路调度通信的新功能 ，为铁路调度通信数字化、网络化、宽带化、智能化提供了思路，并将为铁路运输信息化提供更广阔的通信平台，同时并以此为契机，迎接铁路调度通信的更大飞跃。

参考文献

[1]《通信网——基本概念与主体结构》 作者：王海涛 李建华

[2]《铁路数字调度通信》作者：沈尧星陈金华周军民

第6篇：数字通信概念范文

关键词：通信原理；教学改革；信源编码；信道编码

中图分类号：G642.4文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)01-0231-02

Research on the Reform in Teaching of The Principle of Communication

CHEN Jie, CHENG Yun, HOU Hai-liang

(Department of Communications & Control Engineering, Hunan Institute of Humanities, Science and Technology, Loudi 417000, China) Abstract: The problems existing in the presently teaching of“The Principles of Communication”are discussed, and the reform measures such as selection the teaching contents, using of many kinds of teaching methods deftly and linking theory with practice are introduced to improve the effect in teaching.

Key words: the principles of communication; teaching reform; signal source coding; signal channel coding

1《通信原理》课程教学现状

《通信原理》是电子信息工程、通信工程等信息类本科专业的一门重要的必修专业基础课，也是许多高等院校通信和信息类专业研究生入学考试的初试或者复试必考科目之一。本课程主要内容为通信系统的基本组成、信号的编码与调制、信道编码及调制技术、信号的接收、传输的差错控制及同步等。

《通信原理》是一门理论性、综合性、实践性很强的课程[1]，在实际教学中，我校安排的总课时为64节，包括48节理论课和16节实验课。理论教学主要以教师讲授为主，学生被动地接受的模式。采用讲授为主的教学模式在该课程的教学中主要表现为以下5个方面的难点：

1）课程对数学知识要求高，理论性强，数学推导多。课程中知识的推导涉及到很多高数、概率论和线性代数知识，比如平稳随机过程、信道容量、信道编码等。从先修的信号与系统、通信电子线路开始，教师讲授都会涉及大量的数学公式推导，长时间的理论学习加重了学生的厌学情绪，严重影响了教学效果。

2）课程的概念多、专有名词多而且很多概念都比较抽象。如信道、信道编码及编码方法、信源编码及编码方法等，对于初学者来说，这些概念很容易混淆，不好理解。通常是讲到后面的知识，学生忘了前面的知识。

3）先修课程学习效果直接影响通信原理的教学。信息类专业的不同课程之间知识衔接紧密，一环扣一环，一门课程没学好将直接导致后续课程无法有效的组织教学。通信原理课程是在信号与系统、通信电子线路等专业基础课程开设的前提下开课，而那些课程的理论性也相当的强。长期的理论学习使得学生对这些理论性较强的课程产生了强烈的抵制心理。

4）知识点多，讲授内容多，课时少。通信原理的包括的知识范围广，包括信号分析、模拟通信、数字通信、信源和信源编码、信道和信道编码、通信系统的组成等方面的知识，每个知识点都很重要，48课时的理论教学时间远远不够。现代交换原理、移动通信、光纤通信、计算机网络、数据通信网及扩频通信等后续专业课程迫切需要“通信原理”课程坚实的基础作为后盾。通信原理的知识点没讲到或者知识讲解不透彻，直接影响到后续课程的教学和学习，进而影响到人才培养的质量。

5）通信原理知识更新换代快，教材中的知识点和实际应用脱节。比如CDMA、数据通信等技术十多年前还仅仅存在理论中，目前已经变为现实并得到飞速发展，并出现了一些新的技术，而教材的更新换代速度跟不上通信知识的发展，学生在学习中难免会有疑问。这就需要授课者及时跟踪，了解通信的新技术，向学生介绍新的技术并且有效的解释学生在学习过程中出现的问题。

2《通信原理》课程教学改革措施

2.1精选教学内容，合理安排教学顺序

《通信原理》知识点多，知识覆盖面广，教学内容丰富，而我系电子信息工程和通信工程本科专业的培养计划中安排该门课程的 理论教学学时数为48节，要在短短的48学时内把通信原理500多面的教材内容讲授完是不可能的。因此，我们必须精选教学内容，对全局知识作合理规划，分清层次、确定重难点，对一些相对较容易的内容安排学生自学。通信原理主要包括数字通信和模拟通信两部分。实际应用中主要采用数字通信，因此应该重点讲授数字通信系统及及其相关技术。信号分析部分在信号与系统课程中学生已经详细学习过，但防止部分学生掌握不牢，本部分只简要的讲授傅里叶变换、信号的能量和相关函数等方面的知识，其他内容要求学生自学。还有模拟调制中的角度调制（调频和调相）部分通信电子线路或者高频电子线路中有相关内容，也不需要作重点讲解。另外信源编码和信道编码方法很多，也只能讲授常用的一些编码方法，其它的只讲解其编码原理或者全部要求学生自学。

选定好教学内容后，为了提高学生的学习效率，还有必要对知识点的讲授顺序作一定的调整。一般来讲，教材编排顺序就是课堂教学内容的组织顺序。但通过多次教学实践和摸索发现，适当的调整教学顺序有利于学生在学习的过程中形成一条学习主线，抓住这根线无论是听课还是自学都变得更容易。比如整个讲授过程按照通信系统的组成和通信流程进行：先讲信号及其描述和变换、接着讲信号的调制与解调，再讲信源编码和信道编码，最后介绍通信网络的相关知识。每个部分的讲授中，也抓住一条主线，比如讲授各种信源编码方法时可以以提高有效性这条主线来展开，信道编码可以以增加通信的可靠性来展开。

2.2采用多种教学方式激发学生的学习兴趣

通信原理的知识比较抽象，概念多、数学公式和数学推导比较多，采取传统的填鸭式教学方式会使学生的学习兴趣下降，为此，需要灵活运用多种教学方法,激发学生的学习兴趣，提高教学效率。

首先，应该抛弃以教师讲授为主,学生被动地接受的教学模式，采用以教师为主导,学生为主体的教学方式。教师先通过相关通信知识的实际应用引起学生对该知识点的兴趣，并随之提出疑问，进而进行知识点的讲授。对于要求学生自学或者预习的部分，也提前提出问题，让学生带着问题自学，同时要求学生在下次上课前回答问题或者对有关内容进行讲解，使自学效果得以保证。

其次，充分发挥《通信原理课程》多媒体课件的作用[2]，并用flash制作各种演示动画。多媒体课件主要内容包括了基本概念和基础知识、公式推导、通信系统功能各模块的输出波形和相应知识点的练习题等。在几年的教学中，我用flash软件制作了各种编码、调制解调等方面的动画演示，使学生能直观形象的理解各知识点。

再次，加强与学生的沟通，了解学生的学习动态，及时调整讲课进度。通过提问、课间与学生聊天、批改作业、课间小测试和布置练习题等，了解学生的学习效果，听取同学们对教学建议，并及时调整自己的授课进度和讲课方法。平时注意与同学们建立了友好的关系，利用情感纽带建立和谐的课堂秩序。

2.3注重理论联系实际

《通信原理》是一门应用很广的课程，要深入的理解和掌握它必须将它与实际应用结合起来。首先，通信的相关技术日新月异，使得通信原理教材中的相关知识与实际应用脱节。其次，通信原理注重基本通信理论的介绍，主要包括理论的数学机理、各种技术的实现框图和相关技术，学生学习时对相关内容没有直观的认识。

课堂教学中,要多和实际应用建立联系,将抽象深奥的原理融入到具体的例子中进行讲解。比如在讲频分复用技术时，学生很难理解，可以将该技术与多人同时进出教学大楼大门联系起来形象的进行讲解。

在进行知识讲解时，要注意将相关理论的实际应用情况进行介绍，让学生觉得通信原理不仅仅是一些抽象的理论，而且具有很强的实用性，这样才能使学生的学习兴趣更浓。比如在讲授通信系统时，可以直接以手机通信为例，介绍其采用的调制技术、解调方法，复用技术等，这样就将理论和实际联系起来了。

通信原理知识更新换代迅速，任课教师需要及时跟踪新出现的技术，并将相关知识融入到对应的知识中进行介绍[3]。

3实际教学效果

通过在2006级、2007级、2008级通信工程专业和2008级电子信息工程专业的《通信原理》课堂教学中不断摸索和总结，形成了以上措施。事实证明，通过这些措施，《通信原理》的课堂教学效果有了较大的提高,学生普遍反映学习不再枯燥，很多学生都会课后花时间去消化已学知识。为了能够回答好老师课前布置的问题，对于自学内容或者没有深人讲解的部分，学生也会保质保量的进行了自学。几年来，学生对《通信原理》的课程学习兴趣逐年提高，学生的考试成绩也有了较大的提高，在考试难度不变的情况下课程及格率也不断提升，特别是2008级通信专业学生不及格人数只有8人，达到了历史最好水平。

4小结

本文首先分析了《通信原理》课程教学中存在的问题，并就怎样提高课程教学进行了探讨，提出依靠整合教学内容、合理安排知识讲授顺序、综合运用多种教学手段和理论联系实际等措施提高教学质量，形成以教师为主导,学生为主体的教学方式。事实证明，该方法具有很强的可行性，能够有效的提高教学质量。下一步将继续对通信原理课程教学和实验教学进行研究，为理论性强课程的教学探讨出一种行之有效的教学、实验模式。同时注重“亮点”效应，将该模式运用到信号与系统、通信电子线路、移动通信、自动控制原理、现代控制理论等相关理论型课程教学中，提升这一类课程的教学效果。

参考文献：

[1]张水英.“通信原理”课程教学改革探索[J].电气电子教学学报, 2003(10):12-14.

第7篇：数字通信概念范文

【关键词】无线电;软件无线电;数字信号处理技术

在无线电通信飞速发展的今天，数字无线电信号处理技术也有了新的要求。为了满足新的技术标准和要求，推广无线电技术的发展和应用，进一步加强研究无线电数字信号处理技术显得尤为重要，其成为了业界广泛关注的焦点，是目前针对数字信号处理技术研究方向中的一个重要课题。

一、无线电、软件无线电、数字信号处理技术的概念

1.无线电的概念介绍

早在1893年，无线电便被国外科学家尼古拉・特斯拉发明，这是无线电通信技术第一次被公开展示。那么，所谓无线电，是指在所有自由空间（包括空气和真空）传播的电磁波，是其中的一个有限频带，上限频率在300GHz（吉赫兹），下限频率较不统一，在各种射频规范书里，常见的有3KHz～300GHz（ITU-国际电信联盟规定），9KHz～300GHz，10KHz～300GHz。

2.软件无线电的概念介绍

软件无线电的发明起源于20世纪90年代，是目前较为流行并被广泛应用的新型无线电通信技术，可以把它看做作是具有智能化的无线电。软件无线电是指一种无线电广播技术，它基于软件定义的无线通信协议而非通过硬连线实现。其英文缩写为SDR。换句话来讲，频带、空中接口协议和功能可通过软件下载和更新来升级，而不用完全更换硬件。同时，软件无线电具有随环境变化参数，更有效、智能的利用资源的优势。

3.数字信号处理技术的概念介绍

回顾数字信号处理技术的发展历程，它已经历了五个不同的发展时期。从上个世纪70年代到如今的21世纪，数字信号处理技术在经历了漫长的演变和研究探索之后，终于变得逐渐成熟，被广泛应用到人们的日常生活当中，具有广阔的市场前景。那么，何为数字信号处理技术呢？它被定义为是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。数字信号处理与模拟信号处理均是新号理的子集。通俗来讲，数字信号处理技术，就是一种采用数值计算方式来对信号进行加工的理论与技术，其英文简称为DSP。

二、数字无线电与软件无线电的关联性

无线通信的发明与发展，对人类文明和信息技术的进步起到了重大的作用。通信系统通常被分为两大类，模拟和数字。其中，信息的传递和描述是通过模拟形式来实现的。所以模拟通信技术便应运而生，广泛被应用到了电视、广播等领域里。而由于数字信号在理论上存在着一定优势，所以信息数字化成为了一种趋势，数字通信技术迅速兴起，为多媒体通信的实现，提供了有力的保障。其实，数字通信技术已经具备了数字无线电的特征，数字无线电技术由于自身包括多项技术，其更多的旨在为数字信号处理、基带信号处理、调制与解调等进行服务。从另一种程度意义上来讲，是数字信号处理理论上的提高推动了数字无线电技术的发展，而数字无线电技术的他、日渐成熟又为新型的软件无线电的提出和应用做了铺垫。

软件无线电早年一直应用于各国的军事建设领域，在不断研究发展后，被应用到了民间的通信领域。它的迅速发展很好的解决了目前通信系统技术标准复杂多样，难以兼容统一的难题，并且由于其本身具有可编程的特性，很好地实现了老旧设备也能经济升级的愿望。那么，从数字无线电到软件无线电，前者成为了后者发展实行的前提与基础，而后者变成了前者最终的演变趋势。数字无线电作为一种技术手段，更倾向于对无线通信系统实施描述;软件无线电则让数字无线电技术变得更抽象，是一种全新的无限通信系统，可称为数字无线电的升级版。

三、数字信号处理技术与软件无线电结构的特点

数字信号处理技术由于具备很强的稳定性，并对环境中的温度、噪音有着很强的适应性，所以得到了广泛的发展和应用。其实质上就是通过对数据的变换和提取，进而转换，变为能让机器与人识别的形式。鉴于其可以利用软件来对参数实行修改处理，不难看出它有着很强的灵活性。

软件无线电的结构有着开放性与可编程性的特点，非常有益于硬件设备的升级、扩展。这种种优势必将使无线电通信系统更具备可靠性、灵活性、兼容性。软件无线电的结构特点，还能减少无线电设备维护费用，节约成本。

四、软件无线电数字信号处理技术

1.对数字信号的高速处理

利用软件无线电技术来对基带、调制解调和数字上下变频等问题进行处理。基于其本身结构特性，更好地把各个器件结合在一起，提高单片的可编程性，从而完成解扩和解跳的工作部分，实现更多的功能效果。此外，还可以采用多芯片同时并用的方法来避免出现单编程器件无法满足处理能力的情况。

2.A/D与D/A转换器件的应用

软件无线电本身的结构特点对于A/D和D/A转换器件的要求很高，采样速率和采样精度成为了关键因素。其中，影响采样速率的是信号带宽，在实际中一般取信号带宽的2.5倍，同时必须注意转换器件的范围值符合软件无线电的标准要求。例如：某A/D转换器件，其动态范围在100-120dB之间，输入信号频率的最大范围在1～5GHz，这种情况就符合无线电的标准。

3.DSP与FPGA技术的结合

所谓DSP，是一种数字信号处理器，被广泛应用到无线电技术当中。通过对DSP进行改制、制造出专用芯片，并做成集成电路，进而做到降低功耗、减小尺寸、提高处理数字信号技术的性能。而FDGA作为现场可编程的逻辑门阵列，拥有着DSP的所有优势，并且在性能上已超过了它。那么如果将DSP与FPGA技术相结合，必定会实现无线电与硬件的完美结合。运用FPGA对接口的处理，更好地与DSP有效连接，从而达到提高系统效率降低经济成本的目的。

五、总结

总之，在信息网络迅猛发展的今天，数字信号处理技术必将朝着性能更强、更专业化、标准化的方向发展，通过利用无线电通信技术，将会大大促进数字信号处理能力的发展，从而被广泛的应用到实际生活当中，更好地满足社会的发展和人民的需求。

参考文献

[1]李宏俊.数字信号处理技术的发展趋势分析[J].电子制作，2013，14：101.

第8篇：数字通信概念范文

【关键词】电力远动技术;RTU；数据通信；供电系统

一、认识远动终端RTU

（一）RTU的定义

RTU即远动终端，它是电网调度自动化系统中安装在发电厂、变电站的一种具有四遥远动功能的自动化设备。

（二）RTU的功能概述

1、远方功能

RTU与调度中心之间通过远距离信息传输所完成的监控功能。

①遥测（YC，Tele-measurement）：远程量测值。RTU将采集到的厂站运行参数按规约传送给调度中心（上传）。包括：P、Q、U、I、档位、温度等，容量达几十到上百个（路）。

②遥信（YX，Tele-indication, Tele-signalization）：远程状态信号。RTU将采集到的厂站设备运行状态按规约传送给调度中心（上传）。

③遥控（YK，Tele-command）：远程命令。调度中心发给RTU的改变设备运行状态的命令。

④遥调（YT，Tele-adjusting）：远程调节命令。调度中心发给RTU的调整设备运行参数的命令。

⑥统一时钟：具有对时功能。接收调度中心的校时命令。统一时钟为了不同厂站之间事故分析以及电度量冻结。

⑦转发：接收其它RTU送来的远动信息，按规约组装转发给指定的调度中心。

2、当地功能

就是RTU自身或连接的显示记录设备的实现监控功能。

①CRT显示：与RTU直接连接（或通过当地工作站）的CRT可显示RTU采集的四遥、YXBW等信息。

②汉字报表打印：实现三类打印：定时打印、事件记录打印和召唤打印。

③本机键盘显示器：RTU自带的操作面板，实现循测、定测和显时功能。

④RTU自检、自调功能：反映RTU的自身的可维护能力。插件损坏诊断，程序“走飞”时的自恢复能力、主备通道监视功能。

（三）RTU的基本结构

1、硬件组成

①主控系统：管理各个子系统、人机联系、调度通信

②若干子系统：每个子系统单独CPU，包括YC、YX、YC、YT、DI、DD 等子系统。

③I/O 总线连接主控系统和各个子系统

2、软件组成

单独子系统是由主控程序和若干功能子系统所组成。

①主控程序：与子系统的通信程序、调度通信程序、数据处理、人机联系程序。

②功能子系统：与主系统通信发送/接收、输入/ 输出程序等。

二、供电系统中远动技术的数据通信

（一）供电系统中远动技术的数据通信传输方式

供电系统中远动技术的数据通信传输方式主要包括并行传输与串行传输，两种不同的传输方式，其中目前电网调度自动化中大量使用的是串行传输。

①并行传输，用8根线（另1根公共线）将数字通信双方连接起来，每1次可以同时传送8位码元，这种方式称为并行传输。其优点是速度快（高达百兆字节）；缺点是信号线多，不适于远距离传输（

②串行传输，用1回线将数字通信双方连接起来，每1次传送1位码元，这种方式称为串行传输。其优点是信号线少，适于远距离传输；缺点是速度慢，适于少量数据的传送。

（二）供电系统中远动技术的数据通信的原理

计算机并行方式处理数据，而数据传送用串行方式，故需要进行并/串转换。其中在发送端的并/串转换器进行如下操作：CPU控制发送缓冲器移位寄存器在发送脉冲控制下字节的低位先发。发空后用中断提示。发送时钟控制发送速度。接收端的串/并转换器与送端的并/串转换器工作原理类似。

（三）供电系统中远动技术的数据通信的差错控制

第一、误码率。数据传输后发生的错误码元数与总传输码元数的之比，称为误码率。电网远动要求误码率小于10E-5,计算机通信要求误码率小于10E-6。误码与线路质量、干扰及其传输速度有关。

第二、差错控制。指能在接收端，发现数据传输错误的控制措施和方法，其中供电系统中远动技术的数据通信的差错控制的主要方法就是奇偶效验。

三、供电系统中远动技术的电网调度自动化数据通信系统说明

（一）电网调度自动化数据通信系统的重要性

数据通信系统是电网调度自动化以及配电网自动化系统的重要部分，现代电力系统离开了通信系统是不可能正常运行的。电力系统自动化对供电系统中远动技术的电网调度自动化数据通信系统的基本要求如下：

1)通信可靠性：远距离传输、误码低、纠错能力。2)建设费用低：较高的性价比。3)满足目前和将来数据传输的要求。4)通信方式具有实用性和灵活性。5)信道不受电网故障的影响，电网故障时的强烈电磁干扰对通信设备和线路影响。6)易操作与维护。

（二）电网调度自动化数据通信系统的构成

电网调度自动化数据通信系统的构成如下：

数据终端调制解调器通信处理机调制解调器主计算机。

①数据终端：厂站端RTU设备。

②调制解调器：二进制数据与模拟信号的转换设备，模拟信号适于远传。近距离传输可直接采用数字通信。

③通信线路：传送数据信号的线路，公网或专网，直接连接或经通信处理机网络连接。

④通信处理机：承担通信控制任务（缓冲匹配、误码检测、故障检测、路由选择、信道建立等）

⑤主计算机：类似于数据终端，指调度计算机系统。

结语

鉴于电力生产的特点，发电厂、调度站和变电站之间的信息交换只能借助通道技术来实现。因此，要使发送出去的数据到对方后，能够被接收方识别、接收和处理，就要对传送的数据信息格式作严格的规定，这就是远动规约的一个内容。而基于这一规定的远动技术的实现及其在供电系统中的应用，更是有效的促进了电力系统的快速发展。

参考文献

[1]陈峰.铁路电力远动系统技术探析[J].中国高新技术产业,2011（13）.

第9篇：数字通信概念范文

关键词：火力发电厂；总线技术；发展趋势

中图分类号： F407 文献标识码： A

现场总线（也称现场网络）是指以工厂内的测量和控制器间的数字通讯为主的网络，将传感器、控制器间的通讯及控制器之间的通讯进行特化的网络。本文以火力发电厂为例，简要介绍了现场总线的概念和国内发展现状，以及在火力发电厂的应用。

1 火力发电厂应用现场总线的技术优点

1.1节省硬件数量与投资

由于在现场总线设备前端中分散的智能设备能够直接执行多种控制、传感、报警以及计算功能, 它不再需要DCS 系统的信号转换、调理、隔离技术等功能单元及其复杂接线,也不再需要单独的计算单元、控制器等, 还可以用工控机作为操作站, 因而既可节省一大笔变送器和工控机等硬件设备的投资, 又可以减少工程师站及操作员站的占地面积。

1.2节省安装费用

现场总线系统的接线十分简单, 由于一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备, 因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少,连线设计与接头校对的工作量也大大减少。当需要增加现场控制设备时, 无需增设新的电缆, 可就近连接在原有的电缆上, 既节省了投资, 也减少了设计、安装的工作量。据有关典型试验工程的测算资料, 可节约安装费用60%以上。

1.3节省维护开销

由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力, 并通过数字通讯将相关的诊断维护信息送往控制室, 用户可以查询所有设备的运行, 诊断维护信息, 以便早期分析故障原因并快速排除。缩短了维护停工时间, 同时由于系统结构简化, 连线简单而减少了维护工作量。

2现场总线的结构特点

2.1 现场总线最核心的部分是总线协议，总线协议是一种数字通信协议，围绕总线协议构成一种应用于生产现场、在智能化控制设备之间实行双向串行通信、多节点的数字通信系统，一种开放的、数字化的、多点通信的低层控制网络。它使得自控系统和设备有了通信的能力。

2.2 现场总线的基础部分是数字智能现场装置。通过数字通信总线将所有的数字智能现场装置连成一个控制网络，构成现场总线的硬件支撑。

2.3现场总线的关键部分是信息管理。上位机与数字智能现场装置在信息管理上的分工合作达到高度的集中和统一、分散和和谐。做到信息处理现场化和信息管理系统化。

3 现场总线在火力发电厂的应用

火力发电厂系统I／O测点多，现场装置多且密集，设备立体布置，厂域高度集中，并要求运行高可靠性。火电厂主机DCS系统、脱硫DCS系统以及主要辅机程控系统，都存在可靠性要求高、监控设备和对象多而复杂、实时性要求高等特点。特别是主机DCS系统，涉及数百台压力和差压变送器，数百台电动或启动执行机构，数百个温度测点，系统要进行复杂的闭环控制、串级控制、三冲量控制、比率控制，要进行设备连锁控制，要进行复杂的锅炉燃烧管理、机炉协调控制，汽机控制、时间顺序控制(SOE)要求ms级响应速度。所有这些都需要有高可靠性的控制系统来保证整个生产过程的安全、稳定、可靠运行，但目前的现场总线系统(FCS)还不能完全满足这些要求。

随着DCS和FCS的发展， 目前两种系统在技术上已进行了充分的融合，大部分DCS系统生产厂商，提供并生产的控制系统(控制器)，均具备接入传统I／O模件与现场总线接口模件，使得DCS系统的数字通讯功能延伸至现场智能设备，这一通讯功能的扩展，使得DCS可以通过现场总线采集现场智能设备的更多信息，如启动次数、寿命计算、故障诊断报警等信息。这些信息是传统DCS系统用传统方式不能得到的。这样融合两种技术优点的DCS系统为火力发电厂自动化系统提供了更好的选择。在技术层面上，由于在DCS系统中采用现场总线大大提高了系统信号的抗干扰能力，提高了系统整体可靠性；同时现场总线的使用，也使得从热工过程到系统的信号转换环节减少，系统整体精度提高另外现场总线预制电缆的使用，大大减少了传统手工作业的镙钉端子数量，从而提高了系统的整体安全性。在运行层面上，由于采用现场总线系统，系统的监控范围从传统的系统端子排扩展到全厂，真正实现了全厂监控；同时由于可方便采集设备的管理、诊断及维修信息，使系统具有完善有效的设备诊断功能，真正实现现场设备的远程编程和维护，真正实现了全厂数据的集中管理，使设备的状态检修成为可能，提供更多的设备信息使操作和维护得到优化。在投资层面上，由于采用现场总线，大幅减少了控制柜的数量，大幅减少了电缆数量和电缆桥架的数量，从而大幅减少了施工和工程的费用。同时缩短了工程调试周期并减少了维护量，因此减少了项目的综合投资。

但目前还有以下主要问题制约着基于现场总线的控制系统在火电厂中的广泛应用：

1）现场总线标准很难在几年内得到统一，使之配套的产品无法做到通用性，使得在进行设备选型和备件储备上增加困难。

2）现场总线技术尚未普及应用，在实际工程应用中技术配套将有阻碍。设备厂家、设计、安装、调试单位及电厂专业人员对现场总线技术的掌握都十分有限。

3）现场总线虽然可以实现总线供电，但由于其供电能力有限，不能满足多个设备的需要，在这样的应用场合，还需要提供另外的供电电缆和相应的配电器。采用同一总线供电的设备，当其中一台电源系统故障，有可能影响与之相连的所有设备，降低了系统的可靠性。

4）现场总线设备由于运算能力与DCS相比差的很大，对电厂机组的高级控制策略需要DCS完成，只有简单的控制策略在现场总线设备完成，在标准不统一的情况下，DCS很难做到兼容各种标准，也给实际的设计、调试带来很大的困难，现场维护人员也很难将设备系统维护好。

4 现场总线技术展望与发展趋势

现场总线技术的发展应体现为两个方面: 一个是低速现场总线领域的继续发展和完善; 另一个是高速现场总线技术的发展。目前现场总线产品主要是低速总线产品, 应用于运行速率较低的领域, 对网络的性能要求较低。从当前使用情况看, 大部分现场总线, 都能很好地实现低速率要求的过程控制。因此, 在低速现场总线控制领域, 哪个工控厂家都很难统一整个市场。而现场总线的关键技术之一是实现现场总线技术的统一, 实现各厂家现场总线产品互操作性是所有生产厂商和用户十分关心的问题。高速现场总线主要应用于控制网内的互连, 连接控制计算机、PLC 等智能程度较高、处理速度快的设备, 以及实现低速现场总线网桥间的互联, 它为实现系统的全分散控制结构提供了必要的保证。目前高速现场总线技术比较薄弱。因此, 高速现场总线的开发、设计将是竞争十分激烈的领域, 这也将是现场总线技术实现统一的重要机会。而选择什么样的网络技术作为高速现场总线的整体框架将是其首要内容。发展现场总线技术已成为电力行业广为关注的热点课题, 国际上现场总线的开发、研究, 使测控系统冲破了长期封闭系统的禁锢, 走上开放发展的征程,这对我国现场总线控制系统的发展是个极好的机会, 也是一次严峻的挑战。自动化系统的网络化是发展的大趋势, 现场总线技术受计算机网络技术的影响是十分深刻的。

5 结语

目前, 现场总线技术在国内火电厂中的应用尚处于起步阶段, 存在一些局限性, 但由于现场总线技术所具有的信息化、数字化和控制分散的特点顺应了建立数字化电厂和降低工程造价两方面的需求,现场总线技术在国内火电厂大规模应用是必然趋势。随着现场总线技术在组态、设计、安装、调试等方面经验的不断积累以及国内电力行业智能现场设备的不断发展, 现场总线技术将在国内火力电厂中将会获得更为广泛的应用。

参考文献