第一篇：數(shù)字微波通信實現(xiàn)介紹

數(shù)字微波通信實現(xiàn)

通信原理三級項目報告書

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2015年5月 目錄

摘要..................................................................................................................3 前言..................................................................................................................3

一、方案論證.....................................................................................3

1.1.1 光纖通信..............................................................................3 1.1.2 衛(wèi)星通信..............................................................................4 1.1.3 微波通信..............................................................................9

二、總方案設計...............................................................................10

2.1.1 方案確定：通過上述方案的比較，我們采用微波進行海陸的音頻和視頻傳輸。微波通信組成：天線、收發(fā)信機、調(diào)制器、多路復用設備以及電源設備、自動控制設備....................10 2.1.2 微波通信工作流程：........................................................10 2.1.3 信源編碼功能：1）提高信息的傳輸效率2）完成A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字化包含的主要過程：抽樣、量化、編碼........................10 2.1.4................................................................................................10 2.1.5................................................................................................11

三、設備選型...................................................................................11

3.1.1 天線：天線的作用是把發(fā)信機(ODU)發(fā)出的微波能量定向輻射出去，把接收下來的微波能量傳輸給收信機(ODU)常用微波天線有拋物面天線和卡塞格侖天線。國產(chǎn)微波天線直徑一般分為0.30.6.21.62.02.53.2m等；進口微波天線的直徑一般分為：0.30.61.21.82.43.0m等。.............................................11

四、應用前景...................................................................................12

五、心得體會：...............................................................................12

數(shù)字微波通信實現(xiàn)

摘要

本次通信原理三級項目要求同學們根據(jù)所設場景設計一個通信系統(tǒng)。場景：AB兩地海陸相距150km,采用合適的通信方式使得兩地能夠順暢進行視頻和音頻通信。要求通信盡可能的穩(wěn)定，同時抗干擾能力盡可能強，同時通信費用應在合理區(qū)間。對于海陸通信我們常用的通信方式有光纖通信、衛(wèi)星通信和微波通信。我們對這三種方式進行資料查閱，綜合比較之后設計了本次三級項目要求的通信系統(tǒng)。關鍵詞：海陸通信 視頻、音頻通信

前言

數(shù)字微波通信具有兩大技術(shù)特征:①它所傳送的信號是按照時隙位置分列復用而成的統(tǒng)一數(shù)字流，具有綜合傳輸?shù)男再|(zhì)。②它利用微波信道來傳送信息，擁有很寬的通過頻帶，可以復用大量的數(shù)字電話信號，可以傳送電視圖像或高速數(shù)據(jù)等寬帶信號。由于微波電磁信號按直線傳播，數(shù)字微波(模擬微波也如此)通信可以按直視距離設站(站距約50千米)，因此，建設起來比較容易。特別在丘陵山區(qū)或其他地理條件比較惡劣的地區(qū)，數(shù)字微波通信具有一定的優(yōu)越性。在整個國家通信的傳輸體系中，數(shù)字微波通信也是重要的輔助通信手段。

一、方案論證

1.1.1 光纖通信

光纖即為光導纖維的簡稱。[1]是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。從原理上看，構(gòu)成光纖通信的基本物質(zhì)要素是光纖、光源和光檢測器。光纖除了按制造工藝、材料組成以及光學特性進行分類外，在應用中，光纖常按用途進行分類，可分為通信用光纖和傳感用光纖。傳輸介質(zhì)光纖又分為通用與專用兩種，而功能器件光纖則指用于完成光波的放大、整形、分頻、倍頻、調(diào)制以及光振蕩等功能的光纖，并常以某種功能器件的形式出現(xiàn)。

光纖通信的原理是：在發(fā)送端首先要把傳送的信息（如話音）變成電信號，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強度隨電信號的幅度（頻率）變化而變化，并通過光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測器收到光信號后把它變換成電信號，經(jīng)解調(diào)后恢復原信息。光纖通信的特點：

(1)通信容量大、傳輸距離遠；一根光纖的潛在帶寬可達20THz。采用這樣的帶寬，只需一秒鐘左右，即可將人類古今中外全部文字資料傳送完畢。目前400Gbit/s系統(tǒng)已經(jīng)投入商業(yè)使用。光纖的損耗極低，在光波長為1.55μm附近，石英光纖損耗可低于0.2dB/km，這比目前任何傳輸媒質(zhì)的損耗都低。因此，無中繼傳輸距離可達幾

十、甚至上百公里。

(2)信號干擾小、保密性能好；

(3）抗電磁干擾、傳輸質(zhì)量佳，電通信不能解決各種電磁干擾問題，唯有光纖通信不受各種電磁干擾。

(4）光纖尺寸小、重量輕，便于鋪設和運輸；

(5）材料來源豐富，環(huán)境保護好，有利于節(jié)約有色金屬銅。

(6）無輻射，難于竊聽，因為光纖傳輸?shù)墓獠ú荒芘艹龉饫w以外。

(7)光纜適應性強，壽命長。

(8）質(zhì)地脆，機械強度差。

(9）光纖的切斷和接續(xù)需要一定的工具、設備和技術(shù)。

(10）分路、耦合不靈活。

(11）光纖光纜的彎曲半徑不能過小（>20cm）

(12）有供電困難問題。

光纖通信與以往的電氣通信相比，主要區(qū)別在于有很多優(yōu)點：它傳輸頻帶寬、通信容量大；傳輸損耗低、中繼距離長；線徑細、重量輕，原料為石英，節(jié)省金屬材料，有利于資源合理使用；絕緣、抗電磁干擾性能強；還具有抗腐蝕能力強、抗輻射能力強、可繞性好、無電火花、泄露小、保密性強等優(yōu)點，可在特殊環(huán)境或軍事上使用。

1.1.2 衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信：利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，從而實現(xiàn)兩個或多個地球站之間的通信。人造地球衛(wèi)星根據(jù)對無線電信號放大的有無、轉(zhuǎn)發(fā)功能，有有源人造地球衛(wèi)星和無源人造地球衛(wèi)星之分。由于無源人造地球衛(wèi)星反射下來的信號太弱無實用價值，于是人們致力于研究具有放大、變頻轉(zhuǎn)發(fā)功能的有源人造地球衛(wèi)星——通信衛(wèi)星來實現(xiàn)衛(wèi)星通信。其中繞地球赤道運行的周期與地球自轉(zhuǎn)周期相等的同步衛(wèi)星具有優(yōu)越性能，利用同步衛(wèi)星的通信已成為主要的衛(wèi)星通信方式。不在地球同步軌道上運行的低軌衛(wèi)星多在衛(wèi)星移動通信中應用。

同步衛(wèi)星通信是在地球赤道上空約36000km的太空中圍繞地球的圓形軌道上運行的通信衛(wèi)星，其繞地球運行周期為1恒星日，與地球自轉(zhuǎn)同步，因而與地球之間處于相對精致狀態(tài)，故稱為禁止衛(wèi)星、固定衛(wèi)星或同步衛(wèi)星，其運行軌道稱為地球同步軌道（GEO）

在地面上用微波接力通通信系統(tǒng)進行的通信，因系視距傳播，平均每2500km假設參考電路要經(jīng)過每跨距約為46km的54次接力轉(zhuǎn)接。

同步衛(wèi)星與地球的相對關系圖

衛(wèi)星通信系統(tǒng)包括通信和保障通信的全部設備。一般由空間分系統(tǒng)、通信地球站、跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)和監(jiān)控管理分系統(tǒng)等四部分組成，如圖

1．跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)

跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)負責對衛(wèi)星進行跟蹤測量，控制其準確進入靜止軌道上的指定位置。待衛(wèi)星正常運行后，要定期對衛(wèi)星進行軌道位置修正和姿態(tài)保持。

2．監(jiān)控管理分系統(tǒng)

監(jiān)控管理分系統(tǒng)負責對定點的衛(wèi)星在業(yè)務開通前、后進行通信性能的檢測和控制，例如衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器功率、衛(wèi)星天線增益以及各地球站發(fā)射的功率、射頻頻率和帶寬等基本通信參數(shù)進行監(jiān)控，以保證正常通信。

3．空間分系統(tǒng)(通信衛(wèi)星)通信衛(wèi)星主要包括通信系統(tǒng)、遙測指令裝置、控制系統(tǒng)和電源裝置(包括太陽能電池和蓄電池)等幾個部分。

通信系統(tǒng)是通信衛(wèi)星上的主體，它主要包括一個或多個轉(zhuǎn)發(fā)器，每個轉(zhuǎn)發(fā)器能同時接收和轉(zhuǎn)發(fā)多個地球站的信號，從而起到中繼站的作用。

4．通信地球站

通信地球站是微波無線電收、發(fā)信站，用戶通過它接入衛(wèi)星線路，進行通信。

衛(wèi)星通信與其他通信方式相比較，有以下幾個方面的特點：

① 通信距離遠，且費用與通信距離無關。從圖16.2中可見，利用靜止衛(wèi)星，最大的通信距離達18100km左右。而且建站費用和運行費用不因通信站之間的距離遠近、兩通信站之間地面上的自然條件惡劣程度而變化。這在遠距離通信上，比微波接力、電纜、光纜、短波通信有明顯的優(yōu)勢。

② 廣播方式工作，可以進行多址通信。通常，其他類型的通信手段只能實現(xiàn)點對點通信，而衛(wèi)星是以廣播方式進行工作的，在衛(wèi)星天線波束覆蓋的整個區(qū)域內(nèi)的任何一點都可以設置地球站，這些地球站可共用一顆通信衛(wèi)星來實現(xiàn)雙邊或多邊通信，即進行多址通信。另外，一顆在軌衛(wèi)星，相當于在一定區(qū)域內(nèi)鋪設了可以到達任何一點的無數(shù)條無形電路，它為通信網(wǎng)絡的組成，提供了高效率和靈活性。

③ 通信容量大，適用多種業(yè)務傳輸。衛(wèi)星通信使用微波頻段，可以使用的頻帶很寬。一般C和Ku頻段的衛(wèi)星帶寬可達500～800MHz，而Ka頻段可達幾個GHz。

④ 可以自發(fā)自收進行監(jiān)測。一般，發(fā)信端地球站同樣可以接收到自己發(fā)出的信號，從而可以監(jiān)視本站所發(fā)消息是否正確，以及傳輸質(zhì)量的優(yōu)劣。

⑤ 無縫覆蓋能力。利用衛(wèi)星移動通信，可以不受地理環(huán)境、氣候條件和時間的限制，建立覆蓋全球性的海、陸、空一體化通信系統(tǒng)。

⑥ 廣域復雜網(wǎng)絡拓撲構(gòu)成能力。衛(wèi)星通信的高功率密度與靈活的多點波束能力加上星上交換處理技術(shù)，可按優(yōu)良的價格性能比提供寬廣地域范圍的點對點與多點對多點的復雜的網(wǎng)絡拓撲構(gòu)成能力。

⑦ 安全可靠性。事實證明，在面對抗震救災或國際海底/光纜的故障時，衛(wèi)星通信是一種無可比擬的重要通信手段。即使將來有較完善的自愈備份或路由迂回的陸地光纜及海底光纜網(wǎng)絡，明智的網(wǎng)絡規(guī)劃者與設計師還是能夠理解衛(wèi)星通信作為傳輸介質(zhì)應急備份與信息高速公路混合網(wǎng)基本環(huán)節(jié)的重要性與必要性。

衛(wèi)星通信與其他通信方式相比較，有以下幾個方面的特點：

① 通信距離遠，且費用與通信距離無關。從圖16.2中可見，利用靜止衛(wèi)星，最大的通信距離達18100km左右。而且建站費用和運行費用不因通信站之間的距離遠近、兩通信站之間地面上的自然條件惡劣程度而變化。這在遠距離通信上，比微波接力、電纜、光纜、短波通信有明顯的優(yōu)勢。

② 廣播方式工作，可以進行多址通信。通常，其他類型的通信手段只能實現(xiàn)點對點通信，而衛(wèi)星是以廣播方式進行工作的，在衛(wèi)星天線波束覆蓋的整個區(qū)域內(nèi)的任何一點都可以設置地球站，這些地球站可共用一顆通信衛(wèi)星來實現(xiàn)雙邊或多邊通信，即進行多址通信。另外，一顆在軌衛(wèi)星，相當于在一定區(qū)域內(nèi)鋪設了可以到達任何一點的無數(shù)條無形電路，它為通信網(wǎng)絡的組成，提供了高效率和靈活性。

③ 通信容量大，適用多種業(yè)務傳輸。衛(wèi)星通信使用微波頻段，可以使用的頻帶很寬。一般C和Ku頻段的衛(wèi)星帶寬可達500～800MHz，而Ka頻段可達幾個GHz。

④ 可以自發(fā)自收進行監(jiān)測。一般，發(fā)信端地球站同樣可以接收到自己發(fā)出的信號，從而可以監(jiān)視本站所發(fā)消息是否正確，以及傳輸質(zhì)量的優(yōu)劣。

⑤ 無縫覆蓋能力。利用衛(wèi)星移動通信，可以不受地理環(huán)境、氣候條件和時間的限制，建立覆蓋全球性的海、陸、空一體化通信系統(tǒng)。

⑥ 廣域復雜網(wǎng)絡拓撲構(gòu)成能力。衛(wèi)星通信的高功率密度與靈活的多點波束能力加上星上交換處理技術(shù)，可按優(yōu)良的價格性能比提供寬廣地域范圍的點對點與多點對多點的復雜的網(wǎng)絡拓撲構(gòu)成能力。

⑦ 安全可靠性。事實證明，在面對抗震救災或國際海底/光纜的故障時，衛(wèi)星通信是一種無可比擬的重要通信手段。即使將來有較完善的自愈備份或路由迂回的陸地光纜及海底光纜網(wǎng)絡，明智的網(wǎng)絡規(guī)劃者與設計師還是能夠理解衛(wèi)星通信作為傳輸介質(zhì)應急備份與信息高速公路混合網(wǎng)基本環(huán)節(jié)的重要性與必要性。

衛(wèi)星通信的主要優(yōu)點概述如下：

1、通信距離遠：在衛(wèi)星波束覆蓋區(qū)域內(nèi)，通信距離最遠為13000公里；

2、不受通信兩點間任何復雜地理條件的限制；

3、不受通信兩點間任何自然災害和人為事件的影響；

4、通信質(zhì)量高，系統(tǒng)可靠性高，常用于海纜修復期的支撐系統(tǒng)；

5、通信距離越遠，相對成本越低；

6、可在大面積范圍內(nèi)實現(xiàn)電視節(jié)目、廣播節(jié)目和新聞的傳輸和數(shù)據(jù)交互；

7、機動性大，可實現(xiàn)衛(wèi)星移動通信和應急通信；

8、信號配置靈活，可在兩點間提供幾百、幾千甚至上萬條話路和中高速的數(shù)據(jù)通道

9、易于實現(xiàn)多地址傳輸；

10、易于實現(xiàn)多種業(yè)務功能。

衛(wèi)星通信的缺點

1、傳輸時延大：500毫秒~800毫秒的時延；

2、高緯度地區(qū)難以實現(xiàn)衛(wèi)星通信；

3、為了避免各衛(wèi)星通信系統(tǒng)之間的相互干擾，同步軌道的星位是有一點限度的，不能無限制地增加衛(wèi)星數(shù)量；

4、太空中的日凌現(xiàn)象和星食現(xiàn)象會中斷和影響衛(wèi)星通信；

5、衛(wèi)星發(fā)射的成功率為80%，衛(wèi)星的壽命為幾年到十幾年；發(fā)展衛(wèi)星通信需要長遠規(guī)劃和承擔發(fā)射失敗的風險。

1.1.3 微波通信

微波通信使用波長為1m至0.1mm(頻率為0.3GHz~3THz)的電磁波進行的通信。包括地面微波接力通信、對流層散射通信、衛(wèi)星通信、空間通信及工作于微波波段的移動通信。微波通信具有可用頻帶寬、通信容量大、傳輸損傷小、抗干擾能力強等特點，可用于點對點、一點對多點或廣播等通信方式。

由于微波的頻率極高，波長又很短，其在空中的傳播特性與光波相近，也就是直線前進，遇到阻擋就被反射或被阻斷，因此微波通信的主要方式是視距通信，超過視距以后需要中繼轉(zhuǎn)發(fā)。一般說來，由于地球曲面的影響以及空間傳輸?shù)膿p耗，每隔50公里左右，就需要設置中繼站，將電波放大轉(zhuǎn)發(fā)而延伸。這種通信方式，也稱為微波中繼通信或稱微波接力通信。長距離微波通信干線可以經(jīng)過幾十次中繼而傳至數(shù)千公里仍可保持很高的通信質(zhì)量。

微波傳播特點：

微波站的設備包括天線、收發(fā)信機、調(diào)制器、多路復用設備以及電源設備、自動控制設備等。為了把電波聚集起來成為波束,送至遠方，一般都采用拋物面天線，其聚焦作用可大大增加傳送距離。拋物面天線是一種將在電磁波譜上的超高頻/特高頻用于無線電、電視、數(shù)據(jù)通訊的高增益反射天線，也常被用來做無線電定位(雷達)。

微波通信中電波所涉及的媒質(zhì)有地球表面、地球大氣(對流層、電離層和地磁場等)及星際空間等。按媒質(zhì)分布對傳播的作用可分為:連續(xù)的(均勻的或不均勻的)介質(zhì)體，如對流層，電離層等，及離散的散射體，如雨滴、冰雷、飛機及其它飛行物等。微波通信中的電波傳播，可分為視距傳播及超視距傳播兩大類。

視距傳播時，發(fā)射點和接收點雙方都在無線電視線范圍內(nèi)，利用視距傳播的有地面微波接力通信、衛(wèi)星通信、空間通信及微波移動通信。其特點是信號沿直線或視線路徑傳播，信號的傳播受自由空間的衰耗和媒質(zhì)信道參數(shù)的影響。如地-地傳播的影響包括地面、地物對電波的繞射、反射和折射、特別是近地對流層對電波的折射、吸收和散射;大氣層中水氣、凝結(jié)體和懸浮物對電波的吸收和散射。它們會引起信號幅度的衰落，多徑時延，傳波角的起伏和去極化(即交叉極化率的降低)等效應。在地-空和空-空視距傳播中，主要考慮大氣和大氣層中沉降物的影響，而地面、地物和近地對流層對地-空、空-空傳播的影響則比對地面視距傳播的影響小，有時可以忽略不計。

對流層超視距前向散射傳播是利用對流層近地折射率梯度及介質(zhì)的隨機不連續(xù)性對入射無線電波的再輻射將部分無線電波前向散射到超視距接收點的一種傳播方式。前向散射衰耗很大，且衰落深度遠大于地面視距微波通信，從而使可用頻帶受到限制，但站距則可遠大于地面視距通信。

微波的基本性質(zhì)通常呈現(xiàn)為穿透、反射、吸收三個特性。對于玻璃、塑料和瓷器，微波幾乎是穿越而不被吸收。對于水和食物等就會吸收微波而使自身發(fā)熱。而對金屬類東西，則會反射微波。

二、總方案設計

2.1.1 方案確定：通過上述方案的比較，我們采用微波進行海陸的音頻和視頻傳輸。微波通信組成：天線、收發(fā)信機、調(diào)制器、多路復用設備以及電源設備、自動控制設備 2.1.2 微波通信工作流程：

2.1.3 信源編碼功能：1）提高信息的傳輸效率2）完成A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字化包含的主要過程：抽樣、量化、編碼

2.1.4

（1）抽樣 按等時間進行樣本抽取。模擬信號通過被抽樣，成為離散模擬信號，也即模擬信號。（2）量化

所謂量化，就是把經(jīng)過抽樣得到的瞬時值將其幅度離散，即用一組規(guī)定的電平，把瞬時抽樣值用最接近的電平值來表示。（3）編碼

編碼即將量化后的信號進行編碼，形成數(shù)字信號編碼。以往通信常用曼徹斯特編碼的方式。鑒于曼徹斯特編碼的利用率太低，只有50%。在此我們可采用4B/5B編碼的方式。

4B/5B編碼即用5bit的二進制碼來代表4bit的二進制。4位二進制有16種組合，5位二進制有32種組合。我們怎樣從32位二進制碼中選取16位碼呢？在此編碼時必須滿足兩個規(guī)則：

1）每5個bit碼組中不多于3個0 2）每5個bit碼組中不少于2個0 2.1.5

在數(shù)字微波通信中，我們常采用相移鍵控的方式進行數(shù)字信號的調(diào)制。在中小容量的通信中，我們常采用四相移相鍵控（QPSK）的調(diào)制。

四相相移調(diào)制是利用載波的四種不同相位差來表征輸入的數(shù)字信息，是四進制移相鍵控。QPSK是在M=4時的調(diào)相技術(shù)，它規(guī)定了四種載波相位，分別為45°，135°，225°，315°。

三、設備選型 3.1.1 天線：天線的作用是把發(fā)信機(ODU)發(fā)出的微波能量定向輻射出去，把接收下來的微波能量傳輸給收信機(ODU)常用微波天線有拋物面天線和卡塞格侖天線。國產(chǎn)微波天線直徑一般分為0.30.6.21.62.02.53.2m等；進口微波天線的直徑一般分為：0.30.61.21.82.43.0m等。（1）天線增益

增益是天線的一重要參數(shù)。在天線尺寸一定的情況下，天線增益大小直接反映了天線效率的高低。

在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產(chǎn)生的信號的功率密度之比：

p2G?10lg()

p1（2）半功率角（3dB波束寬度）

從主瓣方向向兩邊偏離，當偏離至功率下降一半的點，該點稱為半功率點。兩個半功率點之間的夾角為半功率角。（3）交叉極化鑒別率（XPD）

交叉極化鑒別率（XPD）的定義是指當發(fā)射天線只發(fā)射一個極化的信號時，在接收天線所接收到的同極化信號電平和正交極化信號電平之比。要求XPD高是為了抑制從正交極化信號來的干擾。XPD?10lgp0/px

式中

p 0

--對正常極化波的接受率

p--對異極化波的接受率（4）天線防衛(wèi)度

天線防衛(wèi)度是指天線對某方向的接收能力相對于主瓣方向的接收能力的衰減程度。對180方向的防衛(wèi)度也叫前背比，在微波通信中是一個很主要的指標。

（5）電壓駐波比

天線與饋線連接阻抗要匹配，輸入端駐波比一定要小。一般天線的駐波比在1.05～1.2之間。

四、應用前景

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，除了在傳統(tǒng)的傳輸領域外，數(shù)字微波技術(shù)在固定寬帶接入領域也越來越引起人們的重視。工作在28GHz頻段的MDS（本地多點分配業(yè)務）已在發(fā)達國家大量應用，預示數(shù)字微波技術(shù)仍將擁有良好的市場前景。

五、心得體會：

通過這次的三級項目，讓我們在查找資料自主設計通信系統(tǒng)的方面有了很大進步，雖然我們的設計很稚嫩，但這又不得不說是我們進步的標志。如果潛心搞這方面的學習與研究我相信我們中肯定有人會脫穎而出的，課程改革，使我們在學習態(tài)度和認識方法上有很大的轉(zhuǎn)變，在平時學些過程中，對所學知識總是不求甚解，對一些概念，僅僅是死記硬背沒有深入理解，分析問題也總是停留在表面，通過這次的鍛煉，讓我們能夠結(jié)合所學知識深入了解了課本的知識，對以后我們分析問題和解決問題的能力的提高有很大幫助。

第二篇：2014年中國數(shù)字微波通信行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

智研數(shù)據(jù)研究中心

2014年中國數(shù)字微波通信行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

智研數(shù)據(jù)研究中心網(wǎng)訊：

內(nèi)容提要：微波通信由于其頻帶寬、容量大、可以用于各種電信業(yè)務傳送，如電話、電報、數(shù)據(jù)、傳真以及彩色電視等均可通過微波電路傳輸。

我國微波通信廣泛應用L、S、C、X諸頻段，K頻段的應用尚在開發(fā)之中。由于微波的頻率極高，波長又很短，共在空中的傳播特性與光波相近，也就是直線前進，遇到阻擋就被反射或被阻斷，因此微波通信的主要方式是視距通信，超過視距以后需要中繼轉(zhuǎn)發(fā)。

一般說來，由于地球曲面的影響以及空間傳輸?shù)膿p耗，每隔50公里左右，就需要設置中繼站，將電波放大轉(zhuǎn)發(fā)而延伸。這種通信方式，也稱為微波中繼通信或稱微波接力通信長距離微波通信干線可以經(jīng)過幾十次中繼而傳至數(shù)千公里仍可保持很高的通信質(zhì)量。

微波通信由于其頻帶寬、容量大、可以用于各種電信業(yè)務傳送，如電話、電報、數(shù)據(jù)、傳真以及彩色電視等均可通過微波電路傳輸。微波通信具有良好的抗災性能，對水災、風災以及地震等自然災害，微波通信一般都不受影響。但微波經(jīng)空中傳送，易受干擾，在同一微波電路上不能使用相同頻率于同一方向，因此微波電路必須在無線電管理部門的嚴格管理之下進行建設。此外由于微波直線傳播的特性，在電波波束方向上，不能有高樓阻擋，因此城市規(guī)劃部門要考慮城市空間微波通道的規(guī)劃，使之不受高樓的阻隔而影響通信。

近年來，我國開發(fā)成功點對多點微波通信系統(tǒng)，其中心站采用全向天線向四周發(fā)射，在周圍50公里以內(nèi)，可以有多個點放置用戶站，從用戶站再分出多路電話分別接至各用戶使用。其總體容量有100線、500線和1000線等不同的容量的設備，每個用戶站可以分配十幾或數(shù)十個電話用戶，在必要時還可通過中繼站延伸至數(shù)百公里外的用戶使用。這種點對多點微波通信系統(tǒng)對于城市郊區(qū)、縣城至農(nóng)村村鎮(zhèn)或沿海島嶼的用戶、對分散的居民點也十分合用，較為經(jīng)濟。微波通信還有“對流層散射通信”、“流星余跡通信”等，是利用高層大氣的不均勻性或流星的余跡對電波的散射作用而達到超過視距的通信，這些系統(tǒng)，在我國應用較少。

第三篇：數(shù)字音樂格式介紹

音樂格式介紹

【比特率】

這個詞有多種翻譯，比如碼率等，表示經(jīng)過編碼（壓縮）后的音頻數(shù)據(jù)每秒鐘需要用多少個比特來表示，而比特就是二進制里面最少的單位，要么是0，要么是1。比特率與音頻壓縮的關系簡單的說就是比特率越高音質(zhì)就越好，但編碼后的文件就越大；如果比特率越少則情況剛好翻轉(zhuǎn)。

VBR（Variable Bitrate）動態(tài)比特率

也就是沒有固定的比特率，壓縮軟件在壓縮時根據(jù)音頻數(shù)據(jù)即時確定使用什么比特率，這是以質(zhì)量為前提兼顧文件大小的方式，推薦編碼模式；

ABR（Average Bitrate）平均比特率

是VBR的一種插值參數(shù)。LAME針對CBR不佳的文件體積比和VBR生成文件大小不定的特點獨創(chuàng)了這種編碼模式。ABR在指定的文件大小內(nèi)，以每50幀（30幀約1秒）為一段，低頻和不敏感頻率使用相對低的流量，高頻和大動態(tài)表現(xiàn)時使用高流量，可以做為VBR和CBR的一種折衷選擇。

CBR（Constant Bitrate），常數(shù)比特率

指文件從頭到尾都是一種位速率。相對于VBR和ABR來講，它壓縮出來的文件體積很大，而且音質(zhì)相對于VBR和ABR不會有明顯的提高。

【采樣率】

是指在數(shù)字錄音時,單位時間內(nèi)對音頻信號進行采樣的次數(shù).它以赫茲(HZ)或千赫茲(KHZ)為單位.通常來說,采樣率越高,單位時間內(nèi)對聲音采樣的次數(shù)就越多,這樣音質(zhì)就越好.MP3音樂的采樣率一般是44.1KHZ,即每秒要對聲音進行44100次分析,記錄下每次分析之間的差別.采樣越高,獲得的聲音信息也就越完整.如果要對頻率范圍在20---20000HZ之間的聲音信息進行正確采樣,聲音必須按不低于40000HZ的采樣頻率進行采樣.降低聲音文件的采樣率,文件的體積會減小,但聲音的失真現(xiàn)象也會越明顯.因此,采樣率涉及到如何協(xié)調(diào)聲音文件的體積與聲音的比例關系。

幾種音頻的采樣率

采樣率質(zhì)量級別用途

48KHZ演播質(zhì)量數(shù)字媒體上的聲音或音樂

44.1KHZCD質(zhì)量高保真聲音或音樂

32KHZ接近CD質(zhì)量數(shù)字攝像機音頻

22.05KHZFM收音質(zhì)量短的高質(zhì)量音樂片斷

11KHZ可接受的音樂長音樂片斷

5KHZ可接受的話音簡單的聲音，電話

下面是有損音頻格式音質(zhì)排名

在最佳編碼器版本、最佳編碼參數(shù)的情況下：

～160kbpsOGG或AAC－－MPC

>170kbpsMPC－－AAC或Lame mp

3注意

----------------------------

1、部分根據(jù)國外頂級音頻論壇發(fā)燒友盲聽結(jié)果排出，九成沒錯。

2、只是大概率音質(zhì)排名，所以可能出現(xiàn)排名后者壓的某首曲比排名前者音質(zhì)好。

3、編碼時選擇的kbps可能不是最終的總平均kbps，這里只是編碼時選擇的kbps。

4、真正支持Mp3pro播放的軟件是要授權(quán)費的。

5、VQF、mp1、mp2等淘汰格式請忘了吧。

音樂格式資料

音樂格式五花八門，多如牛毛，但不外乎分為兩大類：

一類為----音樂指令文件（如MIDI）

一般由音樂創(chuàng)作軟件制作而成，它實質(zhì)上是一種音樂演奏的命令，不包括具體的聲音數(shù)據(jù)，故文件很??；

另一類為----聲音文件，是通過錄音設備錄制的原始聲音，其實質(zhì)上是一種二進制的采樣數(shù)據(jù)，故文件較大。

從播放形式上，聲音文件還可以分為

“音頻流”和“非音頻流”兩種，前者能夠一邊下載一邊收聽，比如“.WMA”、“.RA”、“.MOV”等，后者則不能。所謂流媒體技術(shù)就是把連續(xù)的影像和聲音信息經(jīng)過壓縮處理后放上網(wǎng)站服務器，讓用戶一邊下載一邊觀看、收聽，而不需要整個壓縮文件全部下載到自己機器后才可以觀看的技術(shù)。

下面，將各種音樂文件的格式收集整理如下：

MIDI

是樂器數(shù)字接口(Musical Instrument Digital Interface)的英文縮寫，是數(shù)字音樂/電子合成樂器的統(tǒng)一國際標準。MIDI規(guī)范由美、曰幾家著名電子樂器廠商于1983年共同制定，目的是解決各種電子樂器間存在的兼容性問題。MIDI規(guī)范不僅定義了電腦音樂程序、音樂合成器及其它電子音樂設備交換音樂信號的方式，而且還規(guī)定了不同廠家的電子樂器與電

腦連接的電纜和硬件及設備間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議，可用于為不同樂器創(chuàng)建數(shù)字聲音，能很容易地模擬鋼琴、小提琴等傳統(tǒng)樂器的聲音。MIDI本身并不能發(fā)出聲音，它是一個協(xié)議，只包含用于產(chǎn)生特定聲音的指令，而這些指令則包括調(diào)用何種MIDI設備的音色、聲音的強弱及持續(xù)的時間等。電腦把這些指令交由聲卡去合成相應的聲音（如依指令發(fā)出鋼琴聲或小提琴聲等）。最初，因為不同MIDI設備的樂器音色排列方法不一，所以會造成同一MIDI文件在不同的設備上會出現(xiàn)完全不同的放音效果（比如一個鋼琴音色的MIDI文件，在不同設備上播放時會變成小提琴或者小號的音色）。為避免出現(xiàn)這種混亂情況，GM(General MIDI，通用MIDI)標準被提出并得到了Windows操作系統(tǒng)的支持，得到了相當廣泛的應用。它規(guī)定了前128種常用樂器音色的編排方式，例如1號是鋼琴、66號是薩克斯管等等。GM標準還描述了成為GM兼容格式的硬件設備應具有的其它特征，如GM標準音源同時發(fā)音數(shù)不少于24，MIDI通道為16，第10通道為打擊樂聲部等等，它實際上是對MIDI規(guī)范的補充。Roland公司提出的GS標準在兼容GM標準的基礎上，對其進行了發(fā)展，增強了音樂的表現(xiàn)力——它提供比GM標準數(shù)量更多的打擊樂器組和更多的特殊音效。GS標準具有廣泛的軟硬件適應性，包括聲卡、音樂愛好者的娛樂樂器到專業(yè)音樂器材等。后來，Yamaha公司又提出了基于GM標準的XG標準。相對于保存真實采樣數(shù)據(jù)的聲音文件，MIDI文件顯得更加緊湊，其文件的大小要比WAV文件小得多——一分鐘的WAV文件約要占用10MB的硬盤空間，而一分鐘的MIDI卻只有區(qū)區(qū)的3.4KB。現(xiàn)在，MIDI已經(jīng)成為電腦音樂的代名詞。電腦播放MIDI文件時, 有兩種方法合成聲音: FM合成和波表合成。FM合成是通過多個頻率的聲音混合來模擬樂器的聲音;波表合成是將樂器的聲音樣本存儲在聲卡波形表中，播放時從波形表中取出來產(chǎn)生聲音。采用波表合成技術(shù)可以產(chǎn)生更逼真的聲音。MIDI文件有幾個變通的格式，其中CMF文件是隨聲卡一起使用的音樂文件，與MIDI文件非常相似，只是文件頭略有差別；另一種MIDI文件是Windows使用的RIFF文件的一種子格式，稱為RMID，擴展名為RMI。

WAV

由Microsoft公司開發(fā)的一種WAV聲音文件格式，是如今電腦上最為常見的聲音文件格式，它符合RIFF(Resource Interchange File Format)文件規(guī)范，用于保存Windows平臺的音頻信息資源，被Windows平臺及其應用程序所廣泛支持。Wave格式支持MSADPCM、CCITTALaw、CCITT μ Law和其它壓縮算法，支持多種音頻位數(shù)、采樣頻率和聲道，但其缺點是文件體積較大（一分鐘44kHZ、16bit Stereo的WAV文件約要占用10MB左右的硬盤空間），所以不適合長時間記錄。

MPEG

(Moving Picture Experts Group，活動圖像專家組)代表的是MPEG活動影音壓縮標準，MPEG音頻文件指的是MPEG標準中的聲音部分，即MPEG音頻層(MPEG Audio Layer)。MPEG音頻文件根據(jù)壓縮質(zhì)量和編碼復雜程度的不同可分為三層(MPEG Audio Layer 1/2/3)，分別與MP1、MP2和MP3這三種聲音文件相對應。MPEG音頻編碼具有很高的壓縮率，MP1和MP2的壓縮率分別為4∶1和6∶1～8∶1，而MP3的壓縮率則高達10∶1～12∶1，也就是說一分鐘CD音質(zhì)的音樂，未經(jīng)壓縮需要10MB存儲空間，而經(jīng)過MP3壓縮編碼后只有1MB左右，同時其音質(zhì)基本保持不失真。因此，目前Internet上的音樂格式以MP3最為常見。MP3為降低聲音失真采取了名為“感官編碼技術(shù)”的編碼算法：編碼時先對音頻文件進行頻譜分析，然后用過濾器濾掉噪音電平，接著通過量化的方式將剩下的每一位打散排列，最后形成具有較高壓縮比的MP3文件，并使壓縮后的文件在回放時能夠達到比較接近原音源的聲音效果。雖

然它是一種有損壓縮，但是它的最大優(yōu)勢是以極小的聲音失真換來了較高的壓縮比。

MP3

問世不久，就憑著較高的壓縮比（12：1）和較好的音質(zhì)創(chuàng)造了一個全新的音樂領域。然而，MP3的開放性卻最終不可避免地導致了版權(quán)之爭。在這樣的背景下，文件更小、音質(zhì)更佳，同時還能有效保護版權(quán)的MP4就應運而生了。MP4與MP3之間其實并沒有必然的聯(lián)系。首先，MP3是一種音頻壓縮的國際技術(shù)標準，而MP4卻是一個商標的名稱。其次，它采用的音頻壓縮技術(shù)也迥然不同，MP4采用的是美國電話電報公司（AT＆T）所研發(fā)的、以“知覺編碼”為關鍵技術(shù)的a2b音樂壓縮技術(shù)（http://），可將壓縮比成功地提高到15：1（最大可達到20：1）而不影響音樂的實際聽感。同時，MP4在加密和授權(quán)方面也做了特別的設計。

它有如下特點：

（1）每首MP4樂曲就是一個擴展名為.exe的可執(zhí)行文件，在Windows里直接雙擊就可以運行播放，十分方便。MP4的這個優(yōu)點同時又是它的先天缺陷---容易感染電腦病毒！

（2）更小的體積！更好的音質(zhì)？相對先進的a2b音頻壓縮技術(shù)的采用，使MP4文件大小僅為MP3的3/4左右，從這個角度來看，MP4更適合在Internet上傳播，而且據(jù)說音質(zhì)也更勝一籌，但我怎么也沒聽出它比MP3的音質(zhì)更為優(yōu)越。

（3）獨特的數(shù)字水印。MP4樂曲采用了名為“Solana”技術(shù)的數(shù)字水印，可方便地追蹤和發(fā)現(xiàn)盜版發(fā)行行為。而且，任何針對MP4的非法解壓行為，都可能導致MP4原文件的損毀。

（4）支持版權(quán)保護。MP4樂曲還內(nèi)置了包括與作者、版權(quán)持有者相關的文字、圖像等版權(quán)說明，既可聲明版權(quán)，又表示了對作者和演唱者的尊重。

（5）比較完善的功能。MP4可獨立調(diào)節(jié)左右聲道音量控制；內(nèi)置波形/分頻動態(tài)音頻顯示和音樂管理器，可支持多種彩色圖像、網(wǎng)站鏈接及無限制的滾動顯示文本

WMA

就是Windows Media Audio的縮寫，是微軟自己開發(fā)的Windows Midea Audio技術(shù)。它和Windows Midea Video一樣，經(jīng)歷了幾代改良后，變得非常出色。比起老掉牙的MP3壓縮技術(shù)，WMA無論從技術(shù)性能(支持音頻流)還是壓縮率(比MP3高一倍)都遠遠把MP3拋在后面了。據(jù)微軟聲稱，用它來制作接近CD品質(zhì)的音頻文件，其體積僅相當于MP3的1/3。在48Kbps的傳送速率下即可得到接近CD品質(zhì)(Near－CD Quality)的音頻數(shù)據(jù)流，在64Kbps的傳送速率下可以得到與CD相同品質(zhì)的音樂，而當連接速率超過96Kbps后則可以得到超過CD的品質(zhì)。

MPC（MusePaCk）

原先又被稱為MPEGPlus（.mp+），是由德國人Andree Buschmann開發(fā)的一種完全免費的高品質(zhì)音頻格式。在其問世之前，Lame MP3是公認音質(zhì)最好的有損壓縮方案，追求音質(zhì)的人對它趨之若鶩。但現(xiàn)在這個桂冠無疑該讓給MPC了，在中高碼率下，MPC可以做到比MP3更

好音質(zhì)。在高碼率下，MPC的高頻要比MP3細膩不少，可以在節(jié)省大量空間的前提下獲得最佳音質(zhì)的音樂欣賞，是目前最適合用于音樂欣賞的有損編碼。不僅僅是音質(zhì)，MPC還有編碼速度快的優(yōu)點，經(jīng)MPC現(xiàn)任負責人Frank Klemm改良后的1.14版編碼器，比慢工出細活的LAME要快得多！其實如果你沒有MP3隨身聽，只是在自己的電腦上制作、播放音樂，完全可以棄MP3而轉(zhuǎn)投MPC，因為后者在編碼速度和音質(zhì)上的表現(xiàn)絕對會讓你徹底忘記MP3的！

ogg

開放源代碼的Ogg Vorbis（http://），作為開放源...些變故之后，Ogg Vorbis終于在2002年7月釋出了1.0版本。由于開放源碼的東西向來都缺少槍手為其搖旗吶喊，所以國內(nèi)并不是有很多的人了解Ogg Vorbis。Ogg Vorbis 是一種音頻壓縮格式，類似于MP3等現(xiàn)有的通過有損壓縮算法進行音頻壓縮的音樂格式。但有一點不同的是，Ogg Vorbis格式是完全免費、開放源碼且沒有專利限制的。Vorbis 是這種音頻壓縮機制的名字，而Ogg則是一個計劃的名字，該計劃意圖設計一個完全開放源碼的多媒體系統(tǒng)。開放源代碼能為用戶在經(jīng)濟上帶來收益，這一點很多人都知道了，但不能忘記的是Ogg Vorbis的技術(shù)也不是蓋的。Ogg Vorbis文件的擴展名是.OGG。這種文件的設計格式是非常靈活的。它的最大特點是在文件格式已經(jīng)固定下來后還能對音質(zhì)進行明顯的調(diào)節(jié)和新算法。現(xiàn)在創(chuàng)建的OGG文件可以在未來的任何播放器上播放，因此，這種文件格式可以不斷地進行大小和音質(zhì)的改良，而不影響舊有的編碼器或播放器。在壓縮技術(shù)上，Ogg Vorbis的最主要特點是使用了VBR（可變比特率）和ABR（平均比特率）方式進行編碼。與MP3的CBR（固定比特率）相比可以達到更好的音質(zhì)。Ogg Vorbis其他技術(shù)特性還包括：支持類似于MP3的ID3信息，但比MP3要靈活而又完整得多，實際上可以填寫隨意多的信息。Vorbis還具有比特率縮放功能，可以不用重新編碼便可調(diào)節(jié)文件的比特率。Vorbis文件可以被分成小塊并以樣本粒度（granularity，專業(yè)術(shù)語，指數(shù)據(jù)可以被分割的最小尺寸）進行編輯；Vorbis支持多通道（大于2）音頻流并使用了獨創(chuàng)性的處理技術(shù)；Vorbis文件可以以邏輯方式相連接等。

流式音頻：RealMedia(RA/RM/RAM)

RealMedia采用的是RealNetworks公司自己開發(fā)的Real G2 Codec，它具有很多先進的設計，例如，SVT(Scalable Video Technology)，該技術(shù)可以讓速度較慢的電腦不需要解開所有的原始圖像數(shù)據(jù)也能流暢觀看節(jié)目；雙向編碼(Two－Encoding)技術(shù)類似于VBR，它可通過預先掃描整個影片，根據(jù)帶寬的限制選擇最優(yōu)化壓縮碼率。RealMedia音頻部分采用的是RealAudio，它具有21種編碼方式，可實現(xiàn)聲音在單聲道、立體聲音樂不同速率下的壓縮。

流式音頻：QuickTime(MOV)

QuickTimeApple的QuickTime是最早的視頻工業(yè)標準，在1999年發(fā)布的QuickTime 4．0版本后開始支持真正的實時播放，其格式為“．mov”。它的視頻壓縮部分采用Sorenson Video技術(shù)，該技術(shù)支持VBR(Variable Bit Rate)，也就是我們常說的動態(tài)碼率，它可以動態(tài)地分配帶寬以盡可能小的文件獲得最好的播放效果，并能使在解壓縮時獲得平滑流暢的畫面。音頻部分QuickTime采用一種名為QDesiglMusic的技術(shù)，據(jù)說是一種比MP3更好的音頻流技術(shù)。

VQF

即TwinVQ（Transform－domain Weighted Interleave Vector Quantization），是由NTT（Nippon Telegraph and Telephone）與Yamaha共同開發(fā)的一種音頻壓縮技術(shù)。VQF的音頻壓縮率比標準的MPEG音頻壓縮率高出近一倍，可以達到18:1左右甚至更高。也就是說把一首4分鐘的歌曲（WAV文件）壓成MP3，大約需要4MB左右的硬盤空間，而同一首歌曲，如果使用VQF音頻壓縮技術(shù)的話，那只需要2MB左右的硬盤空間。因此，在音頻壓縮率方面，MP3和RA都不是VQF的對手。如此之高的壓縮率是否會影響音質(zhì)呢？實際聆聽的結(jié)果告訴我們——不會。當VQF以44KHz、80kbit/s的音頻采樣率壓縮音樂時，它的音質(zhì)優(yōu)于44KHz、128kbit/s的MP3，當VQF以44KHz、96kbit/s的頻率壓縮時，它的音質(zhì)幾乎等于44KHz、256kbit/s的MP3！經(jīng)SoundVQ壓縮后的音頻文件在進行回放效果試聽時，幾乎沒有人能聽出它與原音頻文件的差異。

AIFF(AIF/AIFF)

AIFF是音頻交換文件格式(Audio Interchange File Format)的英文縮寫，是Apple公司開發(fā)的一種聲音文件格式，被Macintosh平臺及其應用程序所支持，Netscape Navigator瀏覽器中的LiveAudio也支持AIFF格式，SGI及其它專業(yè)音頻軟件包也同樣支持AIFF格式。AIFF支持ACE2、ACE8、MAC3和MAC6壓縮，支持16位44.1kHz立體聲。

Audio(AU)

Audio文件是Sun微系統(tǒng)公司推出的一種經(jīng)過壓縮的數(shù)字聲音格式。AU文件原先是UNIX操作系統(tǒng)下的數(shù)字聲音文件。由于早期Internet上的Web服務器主要是基于UNIX的，所以.AU格式的文件在如今的Internet中也是常用的聲音文件格式，Netscape Navigator瀏覽器中的LiveAudio也支持Audio格式的聲音文件。

Voice(VOC)

Voice文件是新加坡著名的多媒體公司Creative Labs開發(fā)的聲音文件格式，多用于保存Creative Sound Blaster系列聲卡所采集的聲音數(shù)據(jù)，被Windows平臺和DOS平臺所支持，支持CCITTA Law和CCITTμLaw等壓縮算法。在DOS程序和游戲中常會遇到這種文件，它是隨聲卡一起產(chǎn)生的數(shù)字聲音文件，它與WAV文件的結(jié)構(gòu)相似，可以通過一些工具軟件方便地互相轉(zhuǎn)換。

Module(MOD、S3M、XM、MTM、FAR、KAR、IT)模塊(Module)格式同時具有MIDI與數(shù)字音頻的共同特性——既包括如何演奏樂器的指令，又保存了數(shù)字聲音信號的采樣數(shù)據(jù)。因此，其聲音回放質(zhì)量對音頻硬件的依賴性較小，也就是說，在不同的機器上可以獲得基本相似的聲音回放質(zhì)量。模塊文件根據(jù)不同的編碼方法有MOD、S3M、XM、MTM、FAR、KAR、IT等多種不同格式。

第四篇：數(shù)字控制器工程實現(xiàn)

一種是利用PLC的固定模塊來實現(xiàn)（PLC400的現(xiàn)成模塊）；一種是自己編程實現(xiàn)（TDC）

自動化控制系統(tǒng)的核心是控制器?？刂破鞯娜蝿帐前凑找欢ǖ目刂埔?guī)律，產(chǎn)生滿足工藝要求的控制信號，以輸出驅(qū)動執(zhí)行器，達到自動控制的目的。在傳統(tǒng)的模擬控制系統(tǒng)中，控制器的控制規(guī)律或控制作用是由儀表或電子裝置的硬件電路完成的，而在計算機控制系統(tǒng)中，除了計算機裝置以外，更主要的體現(xiàn)在軟件算法上，即數(shù)字控制器的設計上。

1、王琦，計算機控制技術(shù)

1)p19 模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)的區(qū)別；

2)p166 PID工程整定方法。

3)p196安裝調(diào)試步驟等。

2、李江全，計算機控制技術(shù)項目教程（見PPT電子文檔）

1)P185計算機控制系統(tǒng)的設計原則；

2)P194 計算機控制系統(tǒng)的總統(tǒng)方案設計；

3)P205計算機控制系統(tǒng)的硬件設計；

4)P208 計算機控制系統(tǒng)的軟件設計；

5)P226計算機控制系統(tǒng)的調(diào)試與運行；

6)P229 計算機控制系統(tǒng)的可靠性設計

3、嚴海穎 計算機控制技術(shù)

1)p96 數(shù)字濾波技術(shù)和線性化處理等

4、《計算機控制》-鄔學禮 趙瑩琳等

控制器的實現(xiàn)問題

5、ta

1．滿足工藝要求

在設計計算機測控系統(tǒng)時，首先應滿足生產(chǎn)過程所提出的各種要求及性能指標。因為計算機測控系統(tǒng)是為生產(chǎn)過程自動化服務的，因此設計之前必須對工藝過程有一定的熟悉和了解，系統(tǒng)設計人員應該和工藝人員密切結(jié)合，才能設計出符合生產(chǎn)工藝要求和性能指標的測控系統(tǒng)。設計的測控系統(tǒng)所達到的性能指標不應低于生產(chǎn)工藝要求，但片面追求過高的性能指標而忽視設計成本和實現(xiàn)上的可能性也是不可取的。

2．可靠性要高

系統(tǒng)的可靠性是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。在現(xiàn)代生產(chǎn)和管理中，計算機測控系統(tǒng)起著非常重要的作用，其安全可靠性，直接影響到生產(chǎn)過程連續(xù)、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行。計算機測控系統(tǒng)通常都是工作在比較惡劣的環(huán)境之中，各種干擾會對系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生影響，各種環(huán)境因素（如粉塵、潮濕、震動等）也是對系統(tǒng)的考驗。而計算機測控系統(tǒng)所控制的對象往往都是比較重要的，一旦發(fā)生故障，輕則影響生產(chǎn)，造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格，帶來經(jīng)濟損失；重則會造成重大的人身傷亡事故，產(chǎn)生重大的社會影響。所以，計算機測控系統(tǒng)的設計總是應當將系統(tǒng)的可靠性放在第一位，以保證生產(chǎn)安全、可靠和穩(wěn)定地運行。

3．操作性能要好

一個好的計算機測控系統(tǒng)應該人機界面好、方便操作、運行，易于維護。

操作方便主要體現(xiàn)在操作簡單、顯示畫面形象直觀，有較強的人機對話能力，便于掌握。在考慮操作先進性的同時，設計時要真正做到以人為本，盡可能地為使用者考慮，兼顧操作人員的習慣，降低對操作人員專業(yè)知識的要求，使他們能在較短時間內(nèi)熟悉和掌握操作方法，不要強求操作人員掌握計算機知識后才能操作。對于人機界面可以采用CRT、LCD或者是觸摸屏，使得操作人員可以對現(xiàn)場的各種情況一目了然。

維護方便主要體現(xiàn)在易于查找故障、排除故障。為此，需要在硬件和軟件設計中綜合考慮。在硬件方面，宜采用標準的功能模板式結(jié)構(gòu)，并能夠帶電插拔，便于及時查找并更換故障模板；模板上應配置工作狀態(tài)指示燈和監(jiān)測點，便于檢修人員檢查與維護。在軟件方面，設置檢測、診斷與恢復程序，用于故障查找和處理。

從軟件角度而言，要配置查錯程序和診斷程序，以便在故障發(fā)生時能用程序幫助查找故障發(fā)生的部位，從而縮短排除故障的時間；在硬件方面，從零部件的排列位置，部件設計的標準化以及能否帶電插拔等諸多因素都要通盤考慮，系統(tǒng)設計要盡量方便用戶，簡化操作規(guī)程，如面板上的控制開關不能太多、太復雜等。

4．實時性要強

計算機測控系統(tǒng)的實時性，表現(xiàn)在對內(nèi)部和外部事件能及時地響應，并作出相應的處理，不丟失信息，不延誤操作。計算機處理的事件一般分為兩類：一類是定時事件，如數(shù)據(jù)的定時采集，運算控制等，對此系統(tǒng)應設置時鐘，保證定時處理；另一類是隨機事件，如事故報警等，對此系統(tǒng)應設置中斷，并根據(jù)故障的輕重緩急預先分配中斷級別，一旦事故發(fā)生，保證優(yōu)先處理緊急故障。

5．通用性要好

通用性是指所設計出的計算機測控系統(tǒng)能根據(jù)各種不同設備和不同控制對象的控制要求，靈活擴充、便于修改。工業(yè)控制的對象千差萬別，而計算機測控系統(tǒng)的研制開發(fā)又需要有一定的投資和周期。一般來說，不可能為一臺裝置或一個生產(chǎn)過程研制一臺專用計算機，常常是設計或選用通用性好的計算機測控裝置靈活地構(gòu)成系統(tǒng)。當設備和控制對象有所變更時，或者再設計另外一個控制系統(tǒng)時，通用性好的系統(tǒng)一般稍作更改或擴充就可適應。

計算機測控系統(tǒng)的通用靈活性體現(xiàn)在兩方面：一是硬件設計方面，首先應采用標準總線結(jié)構(gòu)，配置各種通用的功能模板或功能模塊，并留有一定的冗余，當需要擴充時，只需增加相應功能的通道或模板就能實現(xiàn)。二是軟件方面，應采用標準模塊結(jié)構(gòu)，用戶使用時盡量不進行二次開發(fā)，只需按要求選擇各種功能

模塊，靈活地進行控制系統(tǒng)組態(tài)。

6．經(jīng)濟效益要高

在滿足計算機測控系統(tǒng)的技術(shù)性能指標的前提下，盡可能地降低成本，保證為用戶帶來更大的經(jīng)濟效益。經(jīng)濟效益表現(xiàn)在兩方面：一是系統(tǒng)設計的性能價格比要盡可能的高，在滿足設計要求的情況下，盡量采用物美廉價的元器件；二是投入產(chǎn)出比要盡可能的低，應該從提高生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量、降低能耗、消除污染、改善勞動條件等方面進行綜合評估。另外，要有市場競爭意識，盡量縮短開發(fā)設計周期，以降低整個系統(tǒng)的開發(fā)費用，使新產(chǎn)品盡快進入市場。

7．開發(fā)周期要短

如果計算機測控系統(tǒng)的開發(fā)時間太長，會使用戶無法盡快地收回投資，影響了經(jīng)濟效益的提高；而且，由于計算機技術(shù)發(fā)展非常快，只要幾年的時間原有的技術(shù)就會變得過時。設計與開發(fā)時間過長，等于縮短了系統(tǒng)的使用壽命。因此，在設計時，如何盡可能地使用成熟的技術(shù)，對于關鍵的元部件或軟件，不是萬不得已就不要自行開發(fā)。

計算機測控系統(tǒng)的設計與實施步驟

1．可行性研究階段

開發(fā)者要根據(jù)被控對象的具體情況，按照企業(yè)的經(jīng)濟能力、未來系統(tǒng)運行后可能產(chǎn)生的經(jīng)濟效益、企業(yè)的管理要求、人員的素質(zhì)、系統(tǒng)運行的成本等多種要素進行分析?？尚行苑治龅慕Y(jié)果最終是要確定：使用計算機控制技術(shù)能否給企業(yè)帶來一定經(jīng)濟效益和社會效益。這里要指出的是，不顧企業(yè)的經(jīng)濟能力和技術(shù)水平而盲目地采用最先進的設備是不可取的。

2．初步設計階段

也可以稱為總體設計。系統(tǒng)的總體設計是進入實質(zhì)性設計階段的第一步，也是最重要和最為關鍵的一步?？傮w方案的好壞會直接影響整個計算機測控系統(tǒng)的成本、性能、設計和開發(fā)周期等。在這個階段，首先要進行比較深入的工藝調(diào)研，對被控對象的工藝流程有一個基本的了解，包括要測控的工藝參數(shù)的大致數(shù)目和測控要求、測控的地理范圍的大小、操作的基本要求等。然后初步確定未來測控系統(tǒng)要完成的任務，寫出設計任務說明書，提出系統(tǒng)的控制方案，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖，作為進一步設計的基本依據(jù)。

3．詳細設計階段

詳細設計是將總體設計具體化。首先要進行詳盡的工藝調(diào)研，然后選擇相應的傳感器、變送器、執(zhí)行器、I/O通道裝置以及進行計算機系統(tǒng)的硬件和軟件的設計。對于不同類型的設計任務，則要完成不同類型的工作。如果是小型的計算機測控系統(tǒng)，硬件和軟件都是自己設計和開發(fā)；此時，硬件的設計包括電氣原理圖的繪制、元器件的選擇、印刷線路板的繪制與制作；軟件的設計則包括工藝流程圖的繪制、程序流程圖的繪制、將一個個模塊編寫成對應的程序等。

4．系統(tǒng)實施階段

要完成各個元器件的制作、購買、安裝；進行軟件的安裝和組態(tài)以及各個子系統(tǒng)之間的連接等工作。

5．系統(tǒng)的調(diào)試（測試）階段

通過整機的調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題，及時修改，例如檢查各個元部件安裝是否正確，并對其特性進行檢查或測試；檢驗系統(tǒng)的抗干擾能力等。調(diào)試成功后，還要進行考機運行，其目的是通過連續(xù)不停機的運行來暴露問題和解決問題。

6．系統(tǒng)運行階段

該階段占據(jù)了系統(tǒng)生命周期的大部分時間，系統(tǒng)的價值也是在這一階段中得到體現(xiàn)。在這一階段應該有高素質(zhì)的使用人員，并且嚴格按照章程進行操作，盡可能地減少故障的發(fā)生。

計算機測控系統(tǒng)的總體方案設計

確定計算機測控系統(tǒng)總體方案是進行系統(tǒng)設計的關鍵而重要的一步。總體方案的好壞，直接影響到整個測控系統(tǒng)的成本、性能、實施細則和開發(fā)周期等?？傮w方案的設計主要是根據(jù)被控對象的工藝要求確定。為了設計出一個切實可行的總體方案與實施方案，設計者必須深入了解生產(chǎn)過程，分析工藝流程及工作環(huán)境，熟悉工藝要求，確定系統(tǒng)的測控目標與任務。盡管被控對象多種多樣，工藝要求各不相同，在總體方案設計中還是有一定共性。

1．工藝調(diào)研

1）調(diào)研的任務

2）形成調(diào)研報告和初步方案

3）形成總體設計技術(shù)報告

2．硬件總體方案設計

1）確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和類型

2）確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式

3）現(xiàn)場設備選擇

4）其他方面的考慮

3．軟件總體方案設計

軟件總體方案設計的內(nèi)容主要是確定軟件平臺、軟件結(jié)構(gòu)，任務分解，建立系統(tǒng)的數(shù)學模型、控制策略和控制算法等。在軟件設計也應采用結(jié)構(gòu)化、模塊化、通用化的設計方法，自上而下或自下而上地畫出軟件結(jié)構(gòu)方框圖，逐級細化，直到能清楚地表達出控制系統(tǒng)所要解決的問題為止。

在確定系統(tǒng)總體方案時，對系統(tǒng)的軟件、硬件功能的劃分要做統(tǒng)一的綜合考慮，因為一些控制功能既能由硬件實現(xiàn)，也可用軟件實現(xiàn)，如計數(shù)、邏輯控制等。

采用何種方式比較合適，應根據(jù)實時性要求及整個系統(tǒng)的性能價格比綜合比較后確定。

5．系統(tǒng)總體方案

系統(tǒng)總體方案是硬件總體方案和軟件總體方案的組合體。

系統(tǒng)的總體方案反映了整個系統(tǒng)的綜合情況，要從正確性、可行性、先進性、可用性和經(jīng)濟性等角度來評價系統(tǒng)的總體方案。

作為總體方案的一部分，設計者還應提供對各子系統(tǒng)功能檢測的一些測試依據(jù)或標準。對于較大的系統(tǒng)，還要編制專門的測試規(guī)范。

第五篇：數(shù)字錢包介紹

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