CN102882587B - 数据通信系统、前导长度最佳化方法以及通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供能根据通信装置间的传输环境来设定最佳的前导长度并高效地收发帧的无线通信系统、前导长度最佳化方法以及通信装置。具备：同步检测单元，基于从第一通信装置发送并在第二通信装置中接收的帧中的前导对位同步进行检测；同步位置信息生成单元，生成表示第二通信装置的接收帧中的利用同步检测单元得到的位同步检测位置的同步位置信息；前导长度计算单元，基于同步位置信息计算前导长度的最佳值；发送命令单元，命令包含基于该最佳值的长度的前导的帧从第一通信装置向第二通信装置的发送。

Description

数据通信系统、前导长度最佳化方法以及通信装置

技术领域

本发明涉及在通信装置间对依次包含前导、SFD以及数据的帧进行收发的数据通信系统、该系统的前导长度最佳化方法以及通信装置。

背景技术

在数据通信系统中，通常将数据进行帧（或者分组）化进行收发。例如，如图1所示，帧具有由从排头开始的前导（Preamble）、SFD（Start Frame Delimiter：起始帧分界符）、数据长度、地址、数据以及CRC（Cyclical Redundancy Check：循环冗余校验）构成的结构。前导是用于在接收侧识别帧的开始并提供帧接收用的同步定时的信号图案（signalpattern）。SFD是在前导和数据之间配置的识别位图案。数据长度表示帧内的有效数据（地址、数据以及CRC的部分）的长度。地址是目的地地址，也可以包含发送源地址。数据是数据主体。CRC是用于对帧的传输中的错误进行检查的值。

在发送侧的通信装置中，按照从上述前导起的顺序发送帧，所以，在接收侧的通信装置中按每个到来的帧对帧进行接收时，如图2所示那样，首先检测位于帧的排头的前导，获得与帧的前导之后连续的各位用的位同步定时，根据该同步定时判断是否检测到接下来的SFD的位图案，若检测到SFD的位图案，则获得并保存其后的数据长度、地址、数据以及CRC。

专利文献1：日本特开2010-252049号公报。

可是，在以往的数据通信系统中，帧发送侧的通信装置不知道在帧接收侧的通信装置中为了检测帧的位同步所需要的前导长度，所以，在发送帧时必须发送充分长的（冗长的）前导，这会成为系统的吞吐量（传送效率）提高的障碍。

为了应对该情况，在专利文献1中公开了如下技术：根据天线的波束图案或者与帧发送目的地的收发历史使发送的帧的前导长度可变。例如，在对着帧发送目的地形成缩小的波束图案时，与不形成这样的波束图案时相比，选择具有更短的前导长度的前导类型进行帧发送。此外，在帧发送时，参照所保持的收发历史，根据从与帧发送目的地的上次的收发时刻起的经过时间，选择前导长度不同的多个前导类型中的任一个。

可是，在专利文献1的公开技术中，发送侧的通信装置和接收侧的通信装置之间的数据的传输环境未必总是相同的，所以，存在在帧发送时有时不能设定最适合此时的传输环境的前导长度的问题。

发明内容

因此，本发明是鉴于这一点而提出的，其目的在于提供一种能根据通信装置间的传输环境设定最佳的前导长度并高效地收发帧的数据通信系统、前导长度最佳化方法以及通信装置。

本发明的数据通信系统具备第一通信装置和第二通信装置，在所述第一通信装置和所述第二通信装置之间收发依次包含前导、SFD以及数据的帧，其特征在于，具备：同步检测单元，基于从所述第一通信装置发送并在所述第二通信装置中接收的帧中的所述前导对位同步进行检测；同步位置信息生成单元，生成表示所述第二通信装置的接收帧中的利用所述同步检测单元得到的位同步检测位置的同步位置信息；前导长度计算单元，基于所述同步位置信息，计算所述前导的长度的最佳值；发送命令单元，命令包含基于所述最佳值的长度的前导的帧从所述第一通信装置向所述第二通信装置的发送。

本发明提供一种数据通信系统的前导长度最佳化方法，所述数据通信系统具备第一通信装置和第二通信装置，在所述第一通信装置和所述第二通信装置之间收发依次包含前导、SFD以及数据的帧，其特征在于，具备：同步检测步骤，基于从所述第一通信装置发送并在所述第二通信装置中接收的帧中的所述前导对位同步进行检测；同步位置信息生成步骤，生成表示所述第二通信装置的接收帧中的利用所述同步检测步骤得到的位同步检测位置的同步检测位置信息；前导长度计算步骤，基于所述同步检测位置信息，计算所述前导的长度的最佳值；命令步骤，命令包含基于所述最佳值的长度的前导的帧从所述第一通信装置向所述第二通信装置的发送。

本发明提供一种通信装置，接收依次包含前导、SFD以及数据的帧，其特征在于，具备：同步检测单元，基于接收到的帧中的所述前导，对位同步进行检测；同步位置信息生成单元，生成表示所述接收到的帧中的利用所述同步检测单元得到的位同步检测位置的同步检测位置信息；发送单元，制作在所述数据中包含所述同步检测位置信息或所述最佳值的帧并将该帧向发送源的通信装置发送，以使所述接收到的帧的所述发送源的通信装置得到基于所述同步检测位置信息的所述前导的长度的最佳值。

根据本发明，针对从第一通信装置发送的帧，基于在第二通信装置中接收到的帧中的前导来检测位同步，检测表示第二通信装置的接收帧的位同步检测位置的同步检测位置信息，基于同步检测位置信息计算前导的长度的最佳值，命令包含基于该最佳值的长度的前导的帧从第一通信装置向第二通信装置的发送，因此第一通信装置对第二通信装置发送将前导的长度最佳化后的帧。因此，能根据帧发送时的传输环境来设定最佳的前导长度，此外，接收该帧的第二通信装置在位同步检测后不用继续不需要的前导接收期间而能够转移至SFD的接收，由此，能高效地在第一通信装置和第二通信装置之间收发帧。因此，能谋求数据通信系统的吞吐量的提高。

附图说明

图1是表示帧的结构的图。

图2是表示以往的无线通信系统的帧接收工作的流程图。

图3是表示应用了本发明的数据无线通信系统的概略结构的框图。

图4是表示数据提供侧的通信装置的收发部的结构的框图。

图5是表示数据接收侧的通信装置的收发部的结构的框图。

图6是表示图5的收发部的工作的波形图。

图7是表示图3的系统的帧的收发工作的顺序图。

图8是表示图5的收发部的帧接收工作的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的实施例。

图3示出作为本发明的实施例的数据无线通信系统。虽然该数据无线通信系统具有多个通信装置，但是，为了易于理解，在图3中示出两个通信装置1、2。在此，通信装置1是数据提供侧装置（第一通信装置），通信装置2是接收来自通信装置1的数据的一侧的装置（第二通信装置）。

通信装置1具有主机部11和收发部12，通信装置2同样地具有主机部21和收发部22。主机部11、21是由计算机构成的控制电路。主机部11在工作模式是发送模式时对收发部12进行控制，使得收发部12进行发送工作，在工作模式是接收模式时，对收发部12进行控制，使得收发部12进行接收工作。同样地，主机部21在工作模式是发送模式时对收发部22进行控制，使得收发部22进行发送工作，在工作模式是接收模式时，对收发部22进行控制，使得收发部22进行接收工作。

收发部11、22分别由LSI等的集成电路构成。收发部12根据主机部11的发送指令变为发送工作，将帧作为无线信号经由天线13进行发送，此外，当结束帧的发送时变为接收工作，经由天线13接收到来的帧，取出并保持帧中的有效数据。同样地，收发部22根据主机部21的发送指令变为发送工作，将帧作为无线信号经由天线23进行发送，此外，当结束帧的发送时变为接收工作，经由天线23接收到来的帧，取出并保持帧中的有效数据。

在收发中所利用的帧如图1所示那样具有由前导、SFD、数据长度、地址、数据以及CRC构成的结构。说明变得重复，但是，前导是用于在接收侧识别分组的开始并提供分组接收用的同步定时的例如1和0交替地连续的信号图案。SFD是在前导和数据之间配置的位图案。数据长度表示分组内的有效数据（地址、数据以及CRC的部分）的长度。地址是目的地地址，也可以包含发送源地址。数据是数据主体，作为该数据的种类，包含表示上述的基准定时的数据即同步信号图案（基准定时信号图案）。CRC是用于对分组的传输中的错误进行检查的值。

通信装置1的收发部12如图4所示那样具备RF电路101、解调电路102、SFD检测电路103、接收FIFO104、帧形成部105以及调制电路106。

RF电路101与天线13连接，在发送时，将构成从调制电路106输入的帧的数字信号作为无线信号（RF信号）从天线13输出，在接收时，接收从天线13输入的无线信号，将该无线信号频率变换为中频而作为接收信号IF向解调电路102输出。RF电路101的工作模式由主机部11控制。

解调电路102与RF电路101的输出连接，对从RF电路101输入的接收信号IF进行解调，得到数字信号RXD，将该数字信号RXD向SFD检测电路103以及接收FIFO104输出。此外，解调电路102从解调结果的数字信号RXD中识别前导图案，将检测到前导图案时作为同步检测时，对SFD检测电路103输出位同步检测信号SYNC。

SFD检测电路103与解调电路102的输出连接，当从解调电路102接收位同步检测信号SYNC时，从由解调电路102输出的数字信号RXD中识别SFD图案。SFD检测器103若完成SFD图案的检测，则向接收FIFO104通知SFD检测信号SFD_DET。该SFD图案的检测完成表示帧的前导以及SFD区间结束，是有效数据范围。

接收FIFO104与解调电路102以及SFD检测电路103各自的输出连接，响应于来自SFD检测电路103的SFD检测信号SFD_DET，保持从解调电路102输出的数字信号RXD即帧中的数据长度以及有效数据。接收FIFO104的输出与主机部11连接，其保存数据能被主机部11读取。

帧形成部105根据来自主机部11的发送指令，在发送FIFO（未图示）中保持该发送指令所包含的发送数据（前导、SFD、数据长度、地址以及数据），对该发送数据附加CRC而形成帧。

调制电路106与帧形成部105的输出连接，对从帧形成部105输入的帧进行调制，为了发送调制后的帧而向RF电路101输出。

通信装置2的收发部22如图5所示那样具备RF电路201、解调电路202、SFD检测电路203、接收FIFO204、帧形成部205、调制电路206、PB_SFD计数器电路207以及PB_SFD寄存器电路208。

由于RF电路201、解调电路202、SFD检测电路203、接收FIFO204、帧形成部205以及调制电路206与收发部12的RF电路101、解调电路102、SFD检测电路103、接收FIFO104、帧形成部105以及调制电路106相同，所以，省略在此的说明。

PB_SFD计数器电路207与解调电路202以及SFD检测电路203各自的输出连接，响应于从解调电路202输入的位同步检测信号SYNC，开始时钟的计数工作，响应于从SFD检测电路203输入的SFD检测信号SFD_DET，使计数工作停止，将此时的计数值PB_COUNT输出至PB_SFD寄存器电路208。时钟从收发部22内的时钟生成部（未图示）生成，与从解调电路103输出的数字信号RXD的位的定时同步，所以，PB_SFD计数器电路207的计数值表示从位同步检测信号SYNC的生成起到SFD检测信号SFD_DET的生成为止从解调电路103输出的数字信号RXD的位数。

PB_SFD寄存器电路208与PB_SFD计数器电路207的输出连接，保存从PB_SFD计数器电路207输出的计数值PB_COUNT。PB_SFD寄存器电路208的输出与主机部21连接，其保存计数值PB_COUNT能被主机部21读取。

在这样结构的数据无线通信系统中，在通信装置1和通信装置2之间确立无线通信，从数据提供侧的通信装置1以无线信号向通信装置2发送帧。

如图7所示，通信装置1的主机部11制作发送数据（前导、SFD、数据长度、地址以及数据）（步骤S1），向收发部12发出包含发送数据的发送命令（步骤S2）。收发部12根据发送命令来制作帧，以无线信号发送该帧（步骤S3）。具体地说，在帧形成部105中，根据来自主机部11的发送指令，对该发送指令所包含的发送数据附加CRC，由此形成帧。该帧中的前导的长度是初始长度（字节），例如，若在1~4字节之中进行设定，则是最长的4字节。从帧形成部105输入的帧在调制电路106中进行调制，利用RF电路101使调制后的帧成为预定的频率的无线信号，经由天线13发送该无线信号。该无线信号经由通信装置2的天线23被收发部22接收，利用帧接收工作从无线信号得到帧内的数据长度以及有效数据（步骤S4）。

在此，参照图8的流程图对收发部22中的帧接收工作进行说明。

到达天线23的无线信号由RF电路201接收（步骤S21），被变换为接收信号向解调电路202供给。接收信号被解调电路202解调，成为数字信号RXD，将数字信号RXD向SFD检测电路203以及接收FIFO204输出。数字信号RXD如图6所示那样示出从无输入状态起的帧的位数据。由于帧的排头是前导，所以，解调电路102对前导的各位开始取得同步（步骤S22）。若解调电路102能取得同步，则如图6所示那样从解调电路102生成高电平的位同步检测信号SYNC。响应于该位同步检测信号SYNC，PB_SFD计数器电路207开始时钟的计数（步骤S23）。

此外，响应于位同步检测信号SYNC，SFD检测电路203开始从数字信号RXD中检测与帧的SFD对应的部分（步骤S24）。当SFD检测电路203完成从数字信号RXD中检测与帧的SFD对应的部分时，该时间点是SFD的结束位的检测结束了的时间点。如图6所示，在该时间点从SFD检测电路203生成高电平的SFD检测信号SFD_DET。将SFD检测信号SFD_DET向接收FIFO204和PB_SFD计数器电路207供给。

响应于SFD检测信号SFD_DET，PB_SFD计数器电路207停止计数工作（步骤S25），所以，此时的计数值PB_COUNT表示从位同步检测信号SYNC的生成到SFD检测信号SFD_DET的生成为止的、即从位同步检测时到SFD检测时为止的数字信号RXD的位数。将该计数值PB_COUNT保存在PB_SFD寄存器电路208中。

此外，响应于SFD检测信号SFD_DET，接收FIFO204开始数字信号RXD的保存，因此在接收FIFO204中保存作为无线信号而接收的帧的数据长度以及有效数据（步骤S26）。由此，帧的接收结束。

通信装置2的主机部21在帧的接收结束的定时读取在PB_SFD寄存器电路208中所保持的计数值PB_COUNT作为同步检测位置信息（步骤S5），制作作为数据而包含计数值PB_COUNT的发送数据（前导、SFD、数据长度、地址以及数据）（步骤S6），向收发部22发出包含发送数据的发送命令（步骤S7）。在收发部22中根据发送命令制作帧，以无线信号发送该帧（步骤S8）。具体地说，在帧形成部205中，根据来自主机部21的发送指令，对该发送指令所包含的发送数据附加CRC，由此形成帧。从帧形成部205输入的帧被调制电路206调制，利用RF电路201使调制后的帧成为预定的频率的无线信号，经由天线23发送该无线信号。再有，示出在由步骤S5所制作的帧的数据长度或数据部分中作为数据而包含计数值PB_COUNT的情况，所以，能够在该帧的接收侧的通信装置1中判断计数值PB_COUNT的存在。

在帧中包含计数值PB_COUNT的无线信号经由通信装置1的天线13被收发部12接收，从无线信号中将帧内的数据长度以及有效数据保存在接收FIFO104中（步骤S9）。

主机部11在帧的接收结束的定时读取在接收FIFO104中保存的计数值PB_COUNT（步骤S10），基于计数值PB_COUNT计算前导长度的最佳值（步骤S11）。作为前导长度的最佳值的计算方法，首先，对减少字节数=（PB_COUNT－SFD长度）/8进行计算。在该减少字节数的计算中，将小数点以后舍去。PB_COUNT－SFD长度是图6的从位同步检测时到SFD的开始时间点为止的位数。8是1个字节的位数。而且，使用减少字节数计算前导长度的最佳值（=初始长度－减少字节数）。例如，若减少字节数是1个字节、前导的初始长度是4个字节，则前导长度的最佳值为3个字节。

主机部11当计算前导长度的最佳值时，对收发部12制作应用了前导长度的最佳值的发送数据（步骤S12），发出包含该发送数据的发送命令（步骤S13）。收发部12根据发送命令制作帧，以无线信号发送该帧（步骤S14）。即，来自主机部11的发送指令所包含的发送数据（前导、SFD、数据长度、地址以及数据）的前导的长度为最佳值。

这样，根据在通信装置2中实际上作为无线信号而接收的帧的从位同步检测时间点到SFD检测时间点为止的位数，在通信装置1中，设定最佳的前导长度，将这样的最佳的长度的前导的帧作为无线信号进行发送，所以，在接收该无线信号的通信装置2中，在位同步检测后不用继续不需要的前导接收期间而能转移至SFD的接收。因此，能根据帧发送时的传输环境设定最佳的前导长度，此外，能在通信装置1、2间高效地收发帧，因此能谋求数据通信系统的吞吐量的提高。特别是，在通信装置1持续发送帧的情况下，能缩短整体的数据传输时间。

再有，在上述的实施例中，通信装置2的解调电路202相当于同步检测单元，PB_SFD计数器电路207相当于同步位置信息生成单元。通信装置1的主机部11相当于前导长度计算单元以及发送命令单元。此外，步骤S22相当于同步检测步骤，步骤S25以及S5相当于同步位置信息生成步骤。进而，步骤S11相当于前导长度计算步骤，步骤S13相当于发送命令步骤。

此外，在上述的实施例中，PB_SFD计数器电路207对从位同步检测时间点到SFD检测时间点为止的位数进行计数，但不限定于此。例如，也可以对从位同步检测时间点到帧的数据长度结束时间点为止的位数、从位同步检测时间点到帧的地址结束时间点为止的位数、进而从位同步检测时间点到帧的结束为止的位数进行计数。此外，对从同步检测开始时间点到同步检测时间点为止的位数进行计数也可以。即，只要能表示位同步检测时间点位于帧中的哪个位置即可。

此外，在上述的实施例中，在通信装置1侧进行前导长度的最佳值的计算，但是，就此而言，通信装置2的主机部21根据计数值PB_COUNT计算前导长度的最佳值，将代替计数值PB_COUNT而包含前导长度的最佳值的帧作为无线信号发送至通信装置1也可以。此外，收发部12或22代替主机部11计算前导长度的最佳值也可以。

进而，在上述的实施例中，仅对从通信装置1发送至通信装置2的帧的前导的长度进行最佳化，但是，当然在通信装置1中具备相当于上述的PB_SFD计数器电路207以及PB_SFD寄存器电路208的结构并且对从通信装置2发送至通信装置1的帧的前导的长度利用同样的工作进行最佳化也可以。此外，关于前导长度的最佳值的计算方法，不限定于上述的实施例所示的方法，根据计数值PB_COUNT使用其它的计算方法来计算前导长度的最佳值也可以。

此外，在上述的实施例中，示出了在通信装置1、2间将帧作为无线信号进行收发的无线通信系统，但本发明并不限定于此，在将帧作为有线信号经由电缆等的传输线进行传输的有线通信系统中也能应用。

附图标记的说明：

1、2 通信装置；

11、21 主机部；

12、22 收发部；

101、201 RF电路；

102、202 解调电路；

103、203 SFD检测电路；

104、204 接收FIFO；

207 PB_SFD计数器电路；

208 PB_SFD寄存器电路。

Claims (5)

1.一种数据通信系统，具备包括前导长度计算单元和发送命令单元的第一通信装置和包括同步检测单元和同步位置信息生成单元的第二通信装置，在所述第一通信装置和所述第二通信装置之间收发依次包含前导、起始帧分界符SFD以及数据的帧，其特征在于：

所述同步检测单元基于从所述第一通信装置发送并且在所述第二通信装置中接收的帧中的前导，对位同步进行检测；

所述同步位置信息生成单元生成表示在所述第二通信装置中接收的帧中的利用所述同步检测单元得到的位同步检测位置的同步位置信息；

所述前导长度计算单元基于所述同步位置信息，计算前导的长度的在帧发送时的传输环境下的最佳值；以及

所述发送命令单元命令包含基于所述最佳值的长度的前导的帧从所述第一通信装置向所述第二通信装置的发送，

所述同步位置信息生成单元包含：计数器单元，对从利用所述同步检测单元得到的位同步检测时间点到所述接收的帧中的所述SFD的检测时间点为止的所述接收的帧的位数进行计数，

将所述计数器单元所计数的所述位数作为所述同步位置信息，

所述前导长度计算单元用前导的字节数减去基于从所述位数中减掉所述SFD的位数而得到的值的字节数，由此计算出所述最佳值。

2.根据权利要求1所述的数据通信系统，其特征在于，

所述第二通信装置

还具备：发送单元，制作在帧的所述数据中包含所述同步位置信息的帧并向所述第一通信装置发送，

所述第一通信装置

还具备接收由所述发送单元发送的帧并从帧中取出所述同步位置信息的单元。

3.根据权利要求1所述的数据通信系统，其特征在于，

在所述第一通信装置和所述第二通信装置之间将帧作为无线信号进行收发。

4.一种用于数据通信系统的前导长度最佳化方法，所述数据通信系统具备第一通信装置和第二通信装置，在所述第一通信装置和所述第二通信装置之间收发依次包含前导、起始帧分界符SFD以及数据的帧，其特征在于，具备：

同步检测步骤，基于从所述第一通信装置发送并且在所述第二通信装置中接收的帧中的前导，对位同步进行检测；

同步位置信息生成步骤，生成表示在所述第二通信装置中接收的帧中的利用所述同步检测步骤得到的位同步检测位置的同步位置信息；

前导长度计算步骤，基于所述同步位置信息，计算前导的长度的在帧发送时的传输环境下的最佳值；以及

发送命令步骤，命令包含基于所述最佳值的长度的前导的帧从所述第一通信装置向所述第二通信装置的发送，

其中，在所述同步位置信息生成步骤中，对在所述同步检测步骤中得到的位同步检测时间点到所述接收的帧中的所述SFD的检测时间点为止的所述接收的帧的位数进行计数，将所计数的所述位数作为所述同步位置信息，以及

在所述前导长度计算步骤中，用前导的字节数减去基于从所述位数中减掉所述SFD的位数而得到的值的字节数，由此计算出所述最佳值。

5.一种通信装置，接收依次包含前导、起始帧分界符SFD以及数据的帧，其特征在于，具备：

同步检测单元，基于接收的帧中的前导，对位同步进行检测；

同步位置信息生成单元，生成表示所述接收的帧中的利用所述同步检测单元得到的位同步检测位置的同步位置信息；以及

发送单元，为了使所述接收的帧的发送源的通信装置得到前导的长度的在帧发送时的传输环境下的最佳值，制作在所述数据中包含所述最佳值或所述最佳值所基于的所述同步位置信息的帧，并向发送源的通信装置发送；

所述同步位置信息生成单元包含：计数器单元，对从利用所述同步检测单元得到的位同步检测时间点到所述接收的帧中的所述SFD的检测时间点为止的所述接收的帧的位数进行计数，

将所述计数器单元所计数的所述位数作为所述同步位置信息；以及

所述发送单元用前导的字节数减去基于从所述位数中减掉所述SFD的位数而得到的值的字节数，由此计算出所述最佳值。