CN105594160B - 使用带通调制的高速can通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于改进车辆或自动化控制装置的用作分布式实时通信和控制手段的CAN接口的速度的高速CAN传输技术。通过保持与现有的标准的相容性的。本发明的最大优点是完整地保持常规的CAN设备，并且进一步通过保持与常规CAN标准的兼容性来实现高速数据传输。通过该高速传输技术，利用常规标准CAN信号来同时发送包含高速数据的带通信号。本发明的高速CAN通信系统在同一总线中作为常规CAN装置操作，并且利用标准CAN信号将高速数据发送到带通。带通信号仅被发送到常规CAN信号的显性比特传输部分，并且带通信号的特性在特定条件下被限制以确保与常规CAN节点装置的兼容性。

Description

使用带通调制的高速CAN通信系统

技术领域

以下描述涉及控制器区域网络(CAN)通信系统，并且更具体地，涉及一种高速CAN通信系统，其中，利用调制的信号来发送现有的标准CAN传输信号，以便在保持与现有的CAN通信系统的兼容性的同时获得更高的传输速率。

背景技术

控制器区域网络(CAN)通信系统是用于在汽车中的各种测量和控制设备之间提供数字串行通信的车载网络系统。CAN系统通过用高效的串行通信线更换汽车中的电组件的复杂的电布线和继电器来减小重量和复杂性。在1980年使用用于汽车的网络协议开发了CAN系统。其协议具有优异的实时控制性能，易于实施，并且被广泛地应用于制造行业、航空，铁路和车辆。CAN由国际标准化组织(ISO)建立为标准ISO 11898。

如图1中例示的，CAN消息的典型结构包括1比特的帧开始(SOF)字段、12比特的仲裁字段、6比特的控制字段、最大64位数据字段、16比特的循环冗余校验(CRC)字段、2比特的确认(ACK)字段、7比特的帧结束(EOF)字段和3比特的帧间间隔。根据该标准来指派每个字段中的比特的编号。图1的CAN消息的一个帧中的由0和1指定的比特在CAN总线上被发送具有该标准中所指定的值。该标准允许通过添加18比特到11比特的仲裁字段来使用总共29比特的标识符。

首先发送SOF字段以指示帧的开始。继SOF字段之后的仲裁字段包括11比特的标识符或29比特的扩展标识符中的任一个和远程传输请求(RTR)比特。标识符字段指定在CAN中通信时发送的CAN消息帧的处理优先级。为了便于仲裁字段确定优先级，唯一的标识符或识别号被指派用于在每个CAN控制器中生成的CAN数据的每个消息。当RTR比特具有“0”(默认)的值时，它意指CAN消息包含数据帧，并且当RTR比特具有“1”的值时，它意指在CAN消息包含远程帧。在CAN总线上的一个节点请求来自另一节点的数据发送时使用远程帧，并且远程帧不包含数据字段。

控制字段被配置为6比特，该6比特包括指示数据字段的字节数的数据长度码(DLC)的4比特以及随后要使用的值为“0”的保留比特R1和R2。

数据字段包含要从一个节点发送到另一个节点的在长度上最大为64比特的数据。CRC字段被用于检查循环冗余，并且包括15比特的代码和指示结束的值为“1”的一个定界符比特。ACK字段包括2比特。接收到有效消息的接收器通过在第一时隙比特期间发送“0”的值来将其正确地报告给发送器。第二比特具有“1”的值。

EOF字段被配置为7比特，该7比特全部具有“1”的值。全部具有“1”的值的3比特的帧间间隔紧随EOF字段之后。在3比特帧间间隔之后，寻求发送的任何节点都可以使用CAN总线。寻求发送的节点可以尝试通过发送SOF字段来确保总线。继SOF字段之后，11比特或29比特的标识符被发送到CAN帧。基于该标识符，唯一相关的接收节点被允许接收，而除非发生诸如错误这样的特殊情况，否则其它节点变为停用。

两个或多个节点可以同时开始发送。在这种情况下，CAN标准提供了CAN总线上的多个存取仲裁方案。在CAN标准中，针对多路访问，使用利用按位仲裁的载波侦听多路访问(CSMA/BA)方法。每个节点在SOF发送之后发送标识符，并且利用根据识别符的值的逻辑电平0或1来驱动CAN总线。逻辑电平0被称为显性，并且逻辑电平1被称为隐性。例如，假定第一节点在显性情况下驱动标识符比特，并且第二节点在隐性情况下驱动标识符比特。因此，当两个节点同时在显性和隐性情况下驱动标识符比特时，总线的状态变为显性状态。第二节点检测到所发送的比特和从总线接收的比特不同，指示其消息具有较低的优先级，并且随后停止总线的驱动。结果，可以看出，标识符(ID)的值小的消息具有更高的优先级。

通过标识符竞争来获得使用总线的权限的节点可以在数据字段期间发送最多64比特。为了确定在比特间隔期间的抽样时间，接收器检测从逻辑电平0到1或者从逻辑电平1到0的比特转变。为了确保总是在预定间隔内发生转变，当发送相同的五个或更多个比特时，在5个连续相同的比特发送之后插入不同的值的比特转变。例如，当连续地发送5个“1”的比特时，“0”的单个比特发送在5比特发送之后在CAN总线上被发送，并且在接收器中被去除。接收器使用比特发送的变化来检测边缘，并且通过在预定的偏移时间之后进行取样来执行比特检测。应该根据系统的延迟等来将偏移量设置为适当的值。

最近，针对尤其在包括多媒体装置的车辆等中的高速数据传输的需求正在增加。可以考虑引入额外的高速标准传输方法来代替现有CAN接口。然而，新的方案需要增加车辆重量和制造成本的额外的线缆安装。因此，最近，已经提出了基于CAN标准增加数据传输速率的方法。

第一，为了在保持CAN通信系统中的为1Mbps的传输速率的同时提高数据传输效率，已经提出了通过信道延迟分析的高效调度方法，另外，已经提出了用于按照超频以高速度发送数据的方法。在这些方法中，数据速率在超频期间增加。然而，与其它标准CAN传输周期相比，对于高数据传输的周期减小。因此，总的传输速率没有显著地增加。为了执行通过按照超频增加数据发送间隔的高速传输，已经提出了与具有灵活的数据速率(CAN-FD)的CAN有关的技术。该技术是在通过在SOF和标识符发送获取总线权限之后在数据字段中利用最大16MHz来执行超频的技术。在完成数据字段发送之后，使速率返回到1Mbps的现有CAN速率。当CAN-FD装置与现有的CAN装置一起操作时，现有的CAN接收器按照CAN标准在1μs的一比特间隔内检测多个边缘，并且报告错误，由于不能保持与现有的CAN接收器的相容性，因此应该在支持CAN-FD方法的节点之间使用CAN-FD方案。

已经提出了一种用于在通过像CAN-FD方法一样的超频的高速传输期间保持与现有的CAN接收器的相容性的方法。在这种方法中，超过1μs的整个比特间隔不发送高速时钟。相反，时钟仅在现有的CAN节点为了保持兼容性而不执行边缘检测的灰色地带中增加。然而，由于超过整个比特间隔不以高速发送数据，因此速率低于CAN-FD方案中的速率。

所有上述方法都按照超频来增加速率。然而，由于存在通过根据CAN标准的边缘检测和采样增加传输方法中的时钟的限制，并且高频带的响应由于信道的一般频率特性而受到限制，因此难以确保在使用高速时钟时的可靠接收。为了便于接收器执行边缘检测和采样，接收器应当接收尽可能接近矩形波形的波形。当使用高速时钟时，接收器难以完整地接收矩形波形，并因此使边缘检测和比特检测性能恶化。因此，目前正被提出的CAN-FD的最大速率约为16Mbps。

本发明是以下的方法：在该方法中，除了按照与CAN标准相同的方式发送的现有的CAN信号以外，还发送用于高速数据传输的带通调制信号，并且在实现高速数据传输的同时保持与现有的CAN的兼容性。

根据用于车辆和控制器的带宽要求的增加，不能由现有的CAN通信系统支持的多媒体应用正在增加。为了解决这个问题而安装高速网络是非常昂贵的。特别是在车辆的情况下，由于额外线缆的安装而导致车辆在重量和成本方面的增加可能是令人难以承受的。

随着车辆变得更加的复杂，电子控制设备和多媒体设备增加，并且需要大量的布线以使这些单独的设备彼此连接。线缆占据了整个车辆重量和制造成本的显著部分，构成了在可靠性和组件质量管理方面的问题。因此，需要根本的措施以迎接挑战。

图2例示了在常规车辆等中使用的CAN通信系统。CAN通信系统上的每个节点包括CAN控制器，并且CAN控制器可以执行标准CAN比特流的发送和接收，并用于生成标准CAN帧，处理标识符，发送数据并执行错误处理，而CAN收发器用于将具有显性比特和隐性比特的实际比特加载到CAN总线上。通常，差分信号被用于针对错误的鲁棒性。一般而言，当发送隐性比特时，相应的节点不驱动总线，并因此总线的状态被设置为返回到默认值。当另一节点驱动该状态下的总线时，总线的状态改变为该驱动节点指定的状态。

图3例示了在图2中例示的CAN收发器的总线驱动信号。显性信号与比特0对应，并且隐性信号与比特1对应。当发送显性信号时，相应的节点将该信号发送到总线，并且当发送隐性信号时，相应的节点不将该信号加载到总线上。当CAN节点在同一比特间隔内同时驱动显性和隐性时，CAN总线的状态变成显性状态。在仲裁期间，发送显性比特的节点获得在总线上发送数据的权限，而发送隐性比特的节点等待，直到总线稍后可用为止。

发明内容

技术问题

为了解决上述问题，本发明的目的旨在提供一种高速控制器区域网络(CAN)通信系统，其中，现有的CAN传输比特在标准CAN信号中被发送，并且高速数据比特在通过在通带内对利用标准CAN信号合成的数据进行调制而获得的带通CAN信号中被发送，合成的信号被递送到CAN总线，并且在保持与现有的CAN通信系统的兼容性的同时数据传输速率增加。

技术解决方案

本发明的一方面提供了一种与现有的CAN通信系统兼容的高速控制器区域网络(CAN)通信系统。使用带通调制的高速CAN通信系统包括：CAN控制器，该CAN控制器提供标准CAN传输比特流和高速CAN传输比特流；以及CAN发送器，该CAN发送器将标准CAN信号和通过在通带内对高速CAN传输比特进行调制而获得的带通CAN信号进行合成，并且将它们递送到CAN总线。

此外，高速CAN接收器在总线上接收合成的高速CAN信号，并且对它们当中的带通信号进行解调，支持高数据速率。

有益效果

与现有的控制器区域网络(CAN)系统相比，下面要描述的技术显著地提高了数据传输速率，同时该技术由于其与现有的CAN系统的兼容性而不会导致显著的成本增加，导致对目标CAN系统的重量减少和数据速率增加的贡献。

在现有的CAN标准中，当接收器接收到与CAN标准不兼容的帧时，接收器能够发送错误帧来停止发送。在下面要描述的技术中，使用带通调制的高速CAN通信系统将带通信号在有限幅度的情况下仅发送到显性比特间隔。因此，位于同一总线上的常规CAN接收器接收组合的高速CAN信号作为标准CAN信号，而不会产生帧错误。此外，支持高速CAN通信系统的高速CAN接收器在高速CAN信号中识别并接收带通信号，并因此能够以高速度来接收数据。结果，在下面要描述的技术中，与现有的CAN标准的兼容性被保持。

由于所提出的高速CAN通信系统与安装并处于操作的现有CAN通信设备，因此在保持与操作中的现有CAN系统兼容性的同时，诸如多媒体这样的需要高数据速率的应用能够被逐渐地添加，并因此诸如汽车制造商这样的制造商能够容易地引入并使用它们。

附图说明

图1例示了标准控制器区域网络(CAN)消息帧。

图2是示意性地例示了在车辆等中使用的常规CAN通信系统的图。

图3是例示了CAN信号的总线信号特性的曲线图。

图4是例示了根据本发明的高速CAN传输系统的配置的图。

图5例示了在图4中例示的信号合成器。

图6例示了在图4中例示的带通CAN信号发生器。

图7是例示了由信号转换器转换的差分信号波形的曲线图。

图8是例示了当在保护间隔期间不发送带通信号的带通CAN信号的曲线图。

图9是例示了当在保护间隔期间发送固定信号时的带通CAN信号的曲线图。

图10是例示了当在保护间隔期间重复带通CAN信号的一部分时的带通CAN信号的曲线图。

图11是例示了标准CAN信号、带通CAN信号和传输信号波形的曲线图。

图12是例示了高速CAN信号的波形。

图13是例示了当使用可变幅度调制方法时的高速CAN信号的波形。

图14是用于描述对带通信号进行限幅的方法的图。

图15是用于描述对带通信号进行限幅的方法的图。

图16例示了带通CAN信号和标准CAN信号的频谱。

图17例示了当使用标准帧时根据标准CAN信号比特的带通CAN信号传输比特帧。

图18例示了当使用扩展帧时根据标准CAN信号比特的带通CAN信号传输比特帧。

图19是用于描述在仲裁过程中当节点由于较低的优先级无法获得使用总线的权限时发送带通信号的方法的图。

图20例示了在64比特的数据字段期间发送带通CAN信号的比特帧。

图21是高速CAN通信系统的接收器的示例。

具体实施方式

在下文中，将参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。在附图中，为了本发明的清楚，仅主要组件按较大的尺寸被例示，并且省略了附加的组件，并因此附图不应当被解释为限制性的。

图4例示了根据本发明的高速控制器区域网络(CAN)通信系统，并且该高速CAN通信系统包括高速CAN控制器100和高速CAN发送器200。高速CAN控制器100将根据本发明的高速CAN传输比特流以及作为现有的CAN消息帧的标准CAN传输比特流发送到高速CAN发送器200。

标准CAN传输比特流是指基于CAN标准发送的数据，并且高速CAN通信比特流是指从使用带通调制的高速CAN通信系统发送的数据。标准CAN传输比特流包括帧开始(SOF)字段、仲裁字段、控制字段、数据字段、循环冗余校验(CRC)字段、确认(ACK)字段、帧结束(EOF)字段和帧间间隔字段，这些字段在CAN标准中被限定。

在通带内以高速度发送的数据可以是基于任何协议的消息帧。此外，也能够使用交织器和用于可靠的发送和接收的纠错码。各种格式可以被用于在通带内使用高速CAN通信系统发送的数据。

标准CAN传输比特流被输入到带通CAN信号发生器210、信号合成器220和信号转换器230。

高速CAN发送器200包括带通CAN信号发生器210、信号合成器220和信号转换器230。

带通CAN信号发生器210接收高速CAN传输比特流以转换为带通CAN信号。由于仅当标准CAN传输比特是显性比特(即，比特0)时才通过CAN总线5发送标准CAN传输比特，因此只有当CAN传输比特为显性比特时，带通CAN信号发生器210才能够接收高速CAN传输比特。

在图5的信号合成器220中，带通CAN传输信号在乘法器221处乘以权重A_SS之后被输入到第一信号选择器222。第一信号选择器222接收标准CAN传输比特流作为控制输入，并且当所接收的比特流的控制比特为0时输出输入端口0，而当所接收的比特流的控制比特为1时输出输入端口1。标准CAN传输比特流作为第二信号选择器223的控制输入被递送，并且当控制比特为0时输出输入口0的1V，而当控制比特为1时输出输入端口1的0V。第二信号选择器223的输出构成了现有的标准CAN传输信号。标准CAN传输信号是基于从高速CAN控制器100递送的标准CAN传输比特流的。

第一信号选择器222和第二信号选择器223的输出在加法器224中被组合，并且加法器224的输出构成了高速CAN传输信号。

仅当标准CAN传输比特流处于显性比特间隔内时，信号转换器230才驱动总线，并且将单端信号转换为要被递送到CAN总线5的差分信号。当标准CAN传输比特流处于隐性比特间隔内时，信号转换器230停止CAN总线5的驱动。

图6例示了图4中例示的带通CAN信号发生器210，并且带通CAN信号发生器210包括串并转换器211、I信号映射器212、Q信号映射器213、第一脉冲成形滤波器214、第二脉冲成形滤波器215、高速CAN信号调制器216和载波发生器217。

作为信号发生器的输入的高速CAN比特流是具有比标准CAN比特流的1Mbps的速率高的速率R(R>1Mbps)的输入。串并转换器将高速CAN比特流转换为两个流以用于带通传输，第一流被施加到同相(I)信号映射，而第二流被施加到正交(Q)信号映射。一个或更多个比特可以被加载到根据带通调制方法的I信号和Q信号。例如，当使用QPSK调制方法时，一个比特可以被加载到I信号和Q信号中的每一个，而当使用16QAM时，两个比特可以被加载到I信号和Q信号中的每一个。当使用QPSK时，I信号和Q信号各自的符号速率f_s变为R/2，而当使用16QAM信号时，I信号和Q信号各自的符号速率f_s变为R/4。

由于在标准CAN信号的1比特间隔中发送整数个带通符号有助于简化传输系统，因此有利的是将f_s设置为n₁MHz(其中，n₁为整数2或更大的整数)。当使用QPSK时，比特0被映射到1，并且比特1被映射到-1。当使用16QAM时，比特00被映射到-1，比特01被映射到-1/3，比特10被映射到1/3，并且比特11被映射到1。

脉冲成形滤波器被用于限制带通信号的带外辐射，并且可以根据总线的频率特性和带通CAN标准调制方法而使用根升余弦(RRC)滤波器或各种脉冲成形滤波器。经过滤波器的映射信号被转换为S_I(t)和S_Q(t)，S_I(t)和S_Q(t)是带限信号。按照CAN标准，由于CAN总线5上的所有节点都可以仅当发送显性信号时才驱动总线，因此仅在标准CAN信号的显性比特发送间隔内生成并发送带通CAN信号。

载波发生器217生成带通CAN信号的通带频率f_c的载波信号。随着带通频率f_c增加，在频域中标准CAN信号和带通信号之间的间隔增大，从而减少了相互干扰。然而，过高的f_c可能由于信道的高频衰减影响而导致信号严重地衰减。因此，通带频率f_c需要根据系统要求被设置为适当的值。

调制器216如等式1一样执行调制。表示载波的相位。尽管f_c可以被设置为任何值作为载波的操作频率，然而为了使系统简化，有利的是将f_c设置为n₂MHz(其中，n₂为整数2或更大的整数)。在这种情况下，将n₂周期的载波适合一个标准CAN比特间隔。为了便于描述，假定S_SS(t)被归一化，使得最大值为1V并且最小值为-1V。

[式1]

图5中的标准CAN信号在标准CAN传输比特为0(显性)时具有1V的值，并且在标准CAN传输比特为1时具有0V的值。当假定标准CAN信号的1比特间隔为T_CAN并且在(k-1)T_CAN<t<kT_CAN间隔内标准CAN比特为b_k时，标准CAN信号S_CAN(t)被表达为式2。

[式2]

如下面的式3表达的，信号合成器220可以将标准CAN信号和乘以权重的带通CAN信号进行组合。

[式3]

A_SS表示带通CAN信号的权重，并且在这种情况下，可以看出带通CAN信号具有A_SS V的最大值和-A_SS V的最小值。作为标准CAN信号和带通CAN信号之和的高速CAN信号在带通信号被发送的间隔内具有1-A_SS V的最小值。因此，应当选择满足1-A_SS>0.5V的条件的适当的A_SS，以使得总线上的现有CAN节点不会错误地检测作为隐性比特的信号。

如图7中例示的，信号转换器230将单端信号转换为差分信号，以将其加载到总线上。图7例示了使用QPSK调制作为带通调制方法的情况的示例。

通常，CAN标准信号的幅度为基于单端信号的1V和基于差分信号的2V。本发明的带通CAN信号被构建为使得A_SSS_SS(t)的幅度具有在几十毫伏到几百毫伏的范围内的值，该值比1V的CAN标准信号电平小。因此，当CAN总线5的现有CAN节点在显性比特发送间隔期间接收到带通CAN调制信号时，所接收的信号的电平不会变得小到导致错误检测。由于按照CAN标准发送器仅在CAN信号处于显性比特间隔内才驱动总线，因此当CAN信号处于隐性比特间隔内时不加载带通CAN信号。为了与CAN标准节点的兼容性，信号合成器220仅在标准CAN比特流的显性比特间隔内才对带通CAN信号进行合成，而在隐性比特间隔内不对带通CAN信号进行合成。

高速CAN发送器200可以在带通CAN信号的连续发送间隔的开始部分和结束部分处使用保护间隔。在保护间隔期间，带通CAN信号可能不会如图8的示例中那样被发送，或者如图9的示例中那样包含固定信号，或者如图10的示例中那样重复带通CAN信号的一部分。保护间隔保护带通CAN信号在连续发送间隔的开始和结束处免受由显性比特和隐性比特的突然传输变化导致的干扰。保护间隔的长度可以根据信道的延迟特性来改变。图8例示了在保护间隔期间不发送带通CAN信号的情况。图9例示了固定信号在保护间隔期间发送的情况。图10例示了当带通CAN信号包括信号1、信号2和信号3时，信号3在开始部分处被重复并且信号1在结束部分处被重复的情况。保护间隔可以存在于开始部分和结束部分二者处，或者可以存在于其任何一个部分处。

图11例示了构建通过将标准CAN信号和带通CAN信号进行组合而生成的高速CAN信号的方法。固定幅度调制方法和可变幅度调制方法可以被用作对带通CAN信号进行调制的方法。然而，应当通过调整带通CAN信号的幅度来限制通过将带通CAN信号和标准CAN信号进行组合而生成的高速CAN信号，使得现有的CAN节点针对比特的错误检测和1μs的间隔中的边缘而得到保护。

如图12中例示的，在显性比特传输期间的最小电平S_min等于基于单端信号的1-A_SSV。随着A_SS减小，最小值S_min和0V之间的差增大。因此，显性比特在现有的CAN节点接收器处作为隐性比特的错误检测的可能性减小。另一方面，当带通CAN信号的权重A_SS增加时，虽然存在带通CAN信号的信噪比增加的优点，但是最小值S_min减小，并因此比特和边缘由接收高速CAN信号的现有CAN节点的错误检测的可能性增加。

带通CAN信号的权重A_SS是要根据调制方法、信道特性和带通CAN信号发生器的传输速率进行调整的系统参数。权重A_SS可以针对标准CAN帧中的每个字段和数据字段内的每个数据组而不同地设置。例如，A_SS能够被设置为小到使得信号为了利于与现有CAN节点的互操作而在SOF字段和仲裁字段间隔内以小的幅度被发送，并且A_SS可以被设置为在包含数据字段的其它间隔中是大的。

带通CAN信号发生器210所使用的可变幅度调制方法通过提高频谱效率而具有高速数据传输的优点。可以根据信道的特性使用诸如16QAM、32QAM和64QAM这样的调制方案。使用可变幅度调制方法发送的带通CAN信号具有根据如图13中例示的传输比特流的不同的幅度顶点值。带通CAN信号发生器210可能会发现带通CAN信号的所有顶点值的最低值，并且基于该最低值来限制权重A_SS，以确保与现有的CAN发送设备的兼容性。

频率调制和相位调制二者可以被用作由带通CAN信号发生器210使用的固定幅度调制方法。BPSK、QPSK、OQPSK或π/4-DQPSK方法可以被用于作为相位调制方法。FSK、CPM等可以被用作频率调制方法。

当带通CAN信号发生器210使用固定幅度调制方法时，在带通信号的幅度中不承载信息。因此，能够通过如图14和图15中例示地限制(限幅)来发送带通信号。在这种情况下，可以减小信号合成器220和信号转换器230的复杂性。带通信号的限幅使用脉冲成形滤波器214和215的输出。当没有用于带通CAN信号的脉冲成形滤波器时，信号映射器212和213的输出被如图14或图15中例示地限幅。在图14中，当带通CAN信号大于0时，带通CAN信号被简化为1，而当带通CAN信号小于0时，带通CAN信号被简化为-1，并因此可以容易地实现带通CAN信号发生器210、信号合成器220和信号转换器230。当针对大于0的带通信号而言带通信号被固定为1，并且针对小于0的带通信号而言带通信号被固定为0时，图14的限幅方法能够如图15中那样被进一步地简化。在这种情况下，带通CAN信号发生器210的输出具有1和0这两个值中的一个，而没有任何负值。因此，可以从图5使带通CAN信号发生器210进一步简化，并且可以使信号合成器220和信号转换器230进一步简化。

图16例示了所提出的方法的高速CAN信号的频谱的示例。具有0.3的滚降因子的RRC(根升余弦)滤波器被用作带通CAN信号的脉冲成形滤波器。带通CAN信号具有24MHz的载波频率f_c、16MHz的符号率f_s和100mV的幅度A_SS，并且使用QPSK方法作为调制方法。带通CAN信号在频域的辐射特性可以通过根据辐射条件和调制方法使用适当的脉冲成形滤波器来进行调整。

带通传输信号可以根据调制方法、载波频率和符号率而进行不同的配置。表1例示了带通CAN传输系统的一些示例。

表1

[表1]

只要节点被允许驱动CAN总线5，就能够在整个CAN帧期间发送带通CAN信号。例如，当显性比特被发送时，能够在图1的CAN消息帧结构中的SOF字段、仲裁字段、控制字段、数据字段和CRC字段中发送带通CAN调制信号。然而，带通CAN信号不被发送到ACK字段、EOF字段和帧间间隔。

图17例示了标准CAN信号比特流和针对标准CAN帧的相应带通CAN信号传输的示例。数据字段的长度被设置为32比特。图18例示了使用数据字段长度被设置为8比特的扩展帧的示例，其中带通CAN信号的传输根据标准CAN信号比特流而被接通和关断。

图19示出了两个CAN节点同时开始传输时的情况。当另一节点B(根据本发明，节点B可以是标准CAN节点或者可以是高速CAN节点)将总线驱动到显性状态时，高速CAN节点A发送8比特的标识符比特，并且即将如图19中例示地发送第九比特的隐性比特。在这种情况下，节点A失去驱动总线的权限，并且因此节点A的高速CAN发送器200应该从下一比特间隔开始停止标准CAN信号和带通CAN信号二者的发送。

为了使标准CAN帧中的带通CAN发送间隔最大化，标准CAN比特流中的所有比特字段都可以被指派为显性比特。由于可变字段的仲裁字段是节点中的唯一标识符，因此它不允许任意地改变字段。除仲裁字段以外，能够改变数据字段，使得显性比特的数目被最大化。为此，DLC比特被固定为“1000”，将数据发送间隔的长度设置为作为标准CAN帧中的最长间隔的64比特。CAN总线的所得比特传输在数据字段期间具有5显性比特和1隐性比特的重复模式。图20例示了当使用标准CAN帧来发送64比特数据时、带通CAN信号间隔使用5显性比特和1隐性比特的重复模式被最大化的示例。DLC字段被设置为比特1、比特0、比特0和比特0，并且64比特数据字段的所有比特被设置为0，以具有最大数目的显性比特。根据CAN标准，由于在连续5个比特0之后自动地插入比特1，实际发送的比特流变为从DLC字段开始的“100000”。可以看出，13比特的隐性比特被插入到数据比特间隔中。根据CAN标准，由于CRC比特根据整个帧的数据配置而改变，因此显性比特不能被任意地指派。显性比特的最大数目为作为DLC字段和数据字段之和的67比特(3比特+64比特)。这意指带通CAN信号能够至少针对67比特间隔与标识符值无关地被发送。

由于在多个节点连接到的总线上执行CAN标准，因此在现有的标准CAN接收器中还接收到本发明的高速CAN信号。由于在隐性比特间隔中不递送高速CAN信号，因此不存在在隐性比特接收期间的兼容性问题。在显性比特被接收到的间隔期间，所接收的信号电平被限制为使得其高于或等于所提出的发明中的预定水平，不会发生显性比特作为隐性比特的错误检测。在CAN标准中，当在总线上接收到与CAN标准不兼容的帧时，总线上的任何节点可以通过发送错误帧来中断传输。另一方面，当高速CAN接收器在总线上观察到高速CAN信号时，该高速CAN接收器在通带内识别高速CAN信号，并且执行高速CAN数据的接收。

图21是例示了高速CAN通信系统的、接收从总线递送的信号的高速CAN接收器300的配置的实例。

信号转换器310对从总线5发送的信号执行差分信号到单端信号转换。

信号转换器310的输出被施加到标准CAN信号检测器320。当单端信号增加了超过预定电平时，标准CAN信号检测器320检测到显性比特，并且输出作为逻辑电平1的信号。另一方面，当输入单端信号减小了超过预定值时，输出信号被转换为逻辑电平0。当输入单端信号不改变超出特定阈值时，标准CAN信号检测器320保持当前输出值。

来自标准CAN信号检测器320的输出被输送到均衡器350和判定设备360，这将在下面描述。标准CAN信号检测器确定从总线递送的标准CAN信号是显性比特还是隐性比特。

带通滤波器330从信号转换器310输出的高速CAN信号去除标准CAN信号和噪声。来自带通滤波器330的输出信号被输入到定时/载波恢复单元340。

定时/载波恢复单元340包括定时恢复单元(未例示)和载波恢复单元(未例示)。

载波恢复单元使用从信号转换器310输出的高速CAN信号来恢复载波。载波恢复单元使用所恢复的载波来在通带内对高速CAN信号的相位和频率进行校正，并且在通带内将高速CAN信号转换为基带信号。

定时恢复单元从高速CAN信号恢复采样时钟，根据所恢复的采样时钟对下转换的高速CAN信号进行采样，并且将输出递送至均衡器350。

均衡器350执行信道失真的补偿，并且判定设备360通过针对每种对应的调制方式执行符号判定来输出高速CAN比特流。均衡器350和判定设备360仅在标准CAN信号检测器320的输出信号值为逻辑电平1的间隔内操作，而在其输出信号值为逻辑电平0的间隔内停止操作。

作为判定设备360的输出的高速CAN比特流被递送到高速CAN控制器100，并且高速CAN控制器100仅在标准CAN信号检测器320的输出值为逻辑电平1的间隔内取走输入比特流，而在标准CAN信号检测器320的输出值为逻辑电平0的间隔内忽略输出。高速CAN控制器100可以基于与发送器预先确定的协议来执行帧分解、解交织、纠错解码等。

带通滤波器330、定时/载波恢复单元340、均衡器350和判定设备360对应于这样的组件，即，从CAN总线5根据标准CAN信号是处于显性比特区域中还是处于隐性比特区域中接收的信号提取高速CAN传输比特流。

虽然已经在上文参照实施方式对本发明进行了描述，但是本领域技术人员可以理解的是，可以在不脱离本发明的在所附的权利要求中描述的精神和范围的情况下做出各种修改和改变。

[附图的附图标记的说明]

5：CAN总线

100：高速CAN控制器

200：高速CAN发送器

210：带通CAN信号发生器

211：串并转换器

212：I信号映射器

213：Q信号映射器

214：第一脉冲成形滤波器

215：第二脉冲成形滤波器

216：高速CAN信号调制器

217：载波发生器

220：信号合成器

221：乘法器

222：第一信号选择器

223：第二信号选择器

224：加法器

230：信号转换器

300：高速CAN接收器

310：信号转换器

320：标准CAN信号检测器

330：带通滤波器

340：定时/载波恢复单元

350：均衡器

360：判定设备

Claims (20)

1.一种使用带通调制的与控制器区域网络CAN通信系统兼容的高速CAN通信系统，该系统包括：

高速CAN控制器，该高速CAN控制器被配置为提供标准CAN传输比特流和高速CAN传输比特流；以及

高速CAN发送器，该高速CAN发送器被配置为将通过在通带内对所述高速CAN传输比特流进行调制而获得的带通CAN信号与基于所述标准CAN传输比特流的标准CAN信号进行合成，并且将合成后的信号发送到CAN总线。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述高速CAN发送器包括：

带通CAN信号发生器，该带通CAN信号发生器被配置为当所述标准CAN传输比特流的显性比特被发送时，对所述高速CAN传输比特流执行信号映射并对所述高速CAN传输比特流进行调制，并且生成带通CAN信号；以及

信号合成器，该信号合成器被配置为将乘以了权重的所述带通CAN信号与所述标准CAN信号相加。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述带通CAN信号发生器包括：

串并转换器，该串并转换器被配置为将所述高速CAN传输比特转换成多个流；

I信号映射器，该I信号映射器被配置为将所述多个流中的一个流映射到I信号，并且生成所述I信号；

Q信号映射器，该Q信号映射器被配置为将所述多个流中的另一个流映射到Q信号，并且生成所述Q信号；

脉冲成形滤波器，该脉冲成形滤波器被配置为对所述I信号和所述Q信号进行滤波，并且输出带限CAN信号；

载波发生器，该载波发生器被配置为生成具有带通频率的载波；以及

调制器，该调制器被配置为，在经滤波的I信号和经滤波的Q信号各自与所述载波或者所述载波的相位延迟信号相乘之后，将所述I信号和所述Q信号相加，并且输出带通CAN信号。

4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述信号合成器包括第二信号选择器，该第二信号选择器被配置为接收所述标准CAN传输比特流作为控制输入，并且针对所述标准CAN传输比特流的显性比特输出1V并针对所述标准CAN传输比特流的隐性比特输出0V。

5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述带通CAN信号发生器提供这样的功能，即，当所述脉冲成形滤波器的输出大于0时将所述脉冲成形滤波器的所述输出限幅到1，并且当所述脉冲成形滤波器的输出小于0时将所述脉冲成形滤波器的所述输出限幅到0，并且所述带通CAN信号发生器被配置为出于使所述信号合成器和所述信号转换器简化的目的而仅具有0或正值。

6.根据权利要求2所述的系统，其中，所述信号合成器包括第一信号选择器，该第一信号选择器被配置为接收所述标准CAN传输比特流作为控制输入，针对所述标准CAN传输比特流的所述显性比特输出带通CAN信号，并且针对所述标准CAN传输比特流的隐性比特输出0V。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述高速CAN控制器在所述标准CAN传输比特流中的固定字段和可变字段的显性比特间隔中发送所述高速CAN传输比特流，其中，所述固定字段包括帧字段的开始和标识符字段，所述可变字段包括数据长度码DLC字段、数据字段和循环冗余校验CRC字段。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述高速CAN控制器将标准CAN帧的数据字段中的所有比特指派到比特0，按照5个连续的显性比特和接着的1个隐性比特的重复模式生成标准CAN传输比特流，并且将所述标准CAN传输比特流发送到所述高速CAN发送器。

9.根据权利要求2所述的系统，其中，所述高速CAN发送器在带通CAN信号发送间隔中将所述带通CAN信号和所述标准CAN信号之和的最小值限制为等于或大于预定值，按照所述带通CAN信号的权重来调整所述最小值，并且确保与现有的CAN节点的兼容性。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述带通CAN信号发生器查找根据通过将可变幅度调制方法应用到带通CAN信号调制方法的传输比特流所生成的各个幅度顶点值的最大值，基于所发现的最大值来限制所述带通CAN信号的最大幅度，并且确保与现有的CAN发送设备的兼容性。

11.根据权利要求2所述的系统，其中，所述信号合成器提供这样的功能，即，使所述带通CAN信号的所述权重能够针对所述标准CAN信号的每个字段并且针对在标准CAN帧的数据字段中发送的每个带通数据而改变。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述高速CAN发送器在标准CAN帧的连续的显性比特发送间隔中将保护间隔设置到所述带通CAN信号的开始部分或结束部分，其中，所述高速CAN发送器不发送高速CAN数据，或者发送已知的高速CAN数据，或者在所述保护间隔期间重复地发送高速CAN数据的一部分。

13.根据权利要求1所述的系统，该系统还包括高速CAN接收器，该高速CAN接收器被配置为，在从CAN总线接收高速CAN信号的同时，从当所述CAN传输比特流处于显性比特间隔中时接收的信号中提取所述高速CAN传输比特流。

14.一种包括CAN发送器和CAN总线的CAN通信系统，该系统包括：

所述CAN发送器，所述CAN发送器被配置为接收第一比特流和第二比特流，生成所述第一比特流作为标准CAN信号，对所述第二比特流进行调制以生成带通CAN信号，并且发送通过将所述带通CAN信号与所述标准CAN信号相加而获得的传输信号；

所述CAN总线，所述CAN总线被配置为递送所述传输信号；以及

CAN接收器，所述CAN接收器被配置为接收所述传输信号，

其中，所述第一比特流按照CAN标准由显性比特和隐性比特组成。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，当从所述第一比特流输入的比特是显性比特时，所述CAN发送器对所述第二比特流进行调制，并且生成带通CAN信号。

16.根据权利要求14所述的系统，其中，当从所述第一比特流输入的比特是显性比特时，所述CAN发送器输出所述带通CAN信号和所述标准CAN信号之和，并且当所输入的比特是隐性比特时，所述CAN发送器输出所述标准CAN信号。

17.根据权利要求14所述的系统，其中，所述第一比特流由符合所述CAN标准的所述显性比特和所述隐性比特组成，并且所述第二比特流代表要以高速从连接到所述CAN总线的CAN节点发送的数据。

18.根据权利要求14所述的系统，其中，所述CAN发送器在所述带通CAN信号发送间隔中将所述带通CAN信号和所述标准CAN信号之和的最小值控制为等于或大于基于单端信号的预定基准值。

19.根据权利要求14所述的系统，其中，所述CAN发送器查找根据通过将可变幅度调制方法应用到带通CAN信号调制方法的传输比特流所生成的各个幅度顶点值的最大值，并且将所述带通CAN信号的最大幅度控制为等于或小于基于单端信号的最大值。

20.根据权利要求14所述的系统，其中，当包含在所述标准CAN信号中的所述第一比特流是所述显性比特时，所述CAN接收器从所接收的传输信号中提取所述第二比特流。