CN110266413B - 用于高速工业通信系统的信噪比测量方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于高速工业通信系统的信噪比测量方法。本发明所述高速工业通信系统主要用来解决工业现场传统总线低带宽、无法同时承载实时和非实时以及网络结构复杂的问题，高速工业通信系统可以支持IPV6地址通信，可以支持时间触发的工业控制通信，可以支持TSN，可以支持白名单、深度检测和数据加密等安全机制。本发明还涉及一种用于高速工业通信系统的信噪比测量系统。根据本发明公开的用于高速工业通信系统的信噪比测量方法和系统，能够简单有效地得到信道的信噪比估计，从而掌握从用户节点到接收节点的信号传输质量。

Description

用于高速工业通信系统的信噪比测量方法和系统
技术领域
本发明属于工业控制与通信领域，特别是涉及用于OFDM调制的高速工业通信系统的信噪比估计与测量。
背景技术
在高速工业通信系统中，一般采用OFDM调制通信方法，在传输用户数据符号的同时，还传输导频符号。为了了解和调整信号传输质量，通常需要估计或测量信噪比。但是，目前工业总线领域中的各种方案中，尚无现成的信噪比估算方法可供利用。
发明内容
高速工业通信系统中亟需一种信噪比估算和测量的方法。本发明提出一种用于高速工业通信系统的信噪比测量方法和系统，其采用对导频符号频域有效子载波中的部分子载波进行置零的方式，在接收端通过非零子载波和置零子载波的功率比较，获得信噪比估计，从而掌握从用户节点到接收节点的信号传输质量。
根据本发明的一个方面，提供一种用于高速工业通信系统的信噪比测量方法，包括：
在导频符号有效子载波中选取部分子载波，并将所选取部分子载波置零；以及分别对非零子载波和置零子载波功率统计，计算信道信噪比。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于高速工业通信系统的信噪比测量系统，包括发送端和接收端，其特征在于：
发送端，用于在导频符号有效子载波中选取部分子载波，并将所选取部分子载波置零；以及
接收端，用于分别对非零子载波和置零子载波功率统计，计算信道信噪比。
根据本发明公开的用于高速工业通信系统的信噪比测量方法和系统，能够简单有效地得到信道的信噪比估计，从而掌握从用户节点到接收节点以及从主控节点至接收节点的信号传输质量。
附图说明
为进一步清楚解释本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
在下面的附图中：
图1是根据本发明实施例的应用于高速工业通信系统中信号帧以及OFDM符号的结构示意图。
图2是根据本发明实施例的信号帧的资源分配示意图。
图3是根据本发明实施例的伪随机序列的生成电路结构图。
图4是根据本发明实施例的用于高速工业通信系统的信噪比测量方法的流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例来说明本发明所公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
本发明所述高速工业通信系统主要用来解决工业现场传统总线低带宽、无法同时承载实时和非实时以及网络结构复杂的问题，高速工业通信系统可以支持IPV6地址通信，可以支持时间触发的工业控制通信，可以支持TSN，可以支持白名单、深度检测和数据加密等安全机制。
在本发明的实施例中，提出一种用于高速工业通信系统的信噪比测量方法，其采用对导频符号频域有效子载波中的部分子载波进行置零的方式，在接收端通过非零子载波和置零子载波的功率比较，获得信噪比估计，从而掌握从用户节点到接收节点的信号传输质量。
图1是根据本发明实施例的应用于高速工业通信系统中信号帧以及OFDM符号的结构示意图。如图1所示，在高速工业通信系统中，系统物理层信号的基本单元是OFDM符号，64个OFDM符号组成一个信号帧，信号帧有n个。其中每个OFDM符号又在频域子载波上平均分为上半子带(Upper-side band)和下半子带(Lower-side band)两部分，在高速工业通信系统分配通道资源时，上半子带、下半子带可以分配给不同的用户节点。
根据一个具体实施例，系统物理层信号的基本单元是OFDM符号，64个OFDM符号组成一个信号帧。其中每个OFDM符号又在频域子载波上平均分为上边带和下边带两部分，其中高频率子载波部分(16.896–32.256MHz)称为上边带，低频率子载波部分(1.536–16.896MHz)称为下边带，在系统分配通道资源时，上、下边带可以分配给不同的用户节点。
图2是根据本发明实施例的信号帧的资源分配示意图。如图2所示，信号帧可分解的元素有：帧头导频信号，下行子帧，可分配资源等，其中：可分配资源由导频符号和数据符号组成。
图3是根据本发明实施例的伪随机序列的生成电路结构图。根据如图3的伪随机序列的生成电路结构图，其中，“D”表示移位寄存器。可知伪随机序列(即m序列)的生成多项式为x11+x8+x5+x2+1。对图3得到的m序列进行BPSK(Binary Phase Shift Keying，二进制相移键控)调制，得到导频序列，用r(m)表示，m＝0，1，2，3，……。
需要注意的是，伪随机序列的生成产生方式有很多种，上述实施例只是提及了其中一种的生成方式。本领域技术人员在上述实施例的启示下，可以想到并采用其他生成方式，都属于本发明覆盖的范围。
在上述各个实施例的基础上，下面描述导频符号频域有效子载波中的部分子载波进行置零的方法。
为了便于理解，以如下的公式为例进行描述：
a2*k，l＝r(8*l+2*k)*(1-floor((1-r(1280+k))/))
a2*k+1，l＝r(8*l+2*k+1)*floor((1-r(1280+k))/2)
在上述公式中，a2*k，l，a2*k+1，l表示导频符号，a2*k+1，l表示奇数位置的导频符号，a2*k，l表示偶数位置的导频符号。k表示子载波序号，l表示OFDM符号序号，floor表示向下取整。r(8*l+2*k)，r(8*l+2*k+1)，r(1280+k)表示导频序列，1-floor((1-r(1280+k))/2)和floor((1-r(1280+k))/2)的运算结果，一个为1，另一个就为0；反之亦然。从而，导致运算结果中有一个为0，另一个不为0。这样，就完成了对导频符号频域有效子载波中的部分子载波的置零。
根据上述公式，导频符号在有效子载波相邻奇数位置和偶数位置上有一个置0。而且，由于1-floor((1-r(1280+k))/2)和floor((1-r(1280+k))/2)计算结果的随机性，导致置零位置也是随机的，这种随机置零的比例为1/2。这种随机置零的方式，能够避免干扰信号帧同步。
而且，根据上述公式，导频符号在导频序列上截取的起始位置跟所在的OFDM符号序号相关。例如，当子载波序号k为0时，OFDM符号序号l为0时，导频符号在导频序列上截取的起始位置为0，而OFDM符号序号l为1时，导频符号在导频序列上截取的起始位置为8，以此类推。这种根据其在帧内的位置不同从伪随机序列上选取相应的序列段的方式，也能够避免干扰信号帧同步。
需要注意的是，根据上述公式给出了将导频符号随机置零的方式，且置零比例为1/2。本领域技术人员应当理解，以上只是为了便于说明本发明方案的一种具体实现方式，在上述实施例的启发下，本领域技术人员能够想到的所有将导频符号置零的方式，都属于本申请覆盖的范围。例如，采用非随机的置零方式，或者置零的比例可以为任一比例。在一个可选实施例中，将所选取部分子载波置零采用的方式还可以包括将所有偶数位置的导频符号有效子载波置零，或者将所有奇数位置的导频符号有效子载波置零。这种置零方式优选地适用于同步帧中。同步帧中的导频符号用于估计主控节点至接收节点的信噪比。
由此，根据本发明的一个优选实施例，同步帧中的导频符号可以采用所有偶数位置的导频符号有效子载波置零，或者将所有奇数位置的导频符号有效子载波置零，而其他部分的导频符号可以采用不同于同步帧中的置零方式。
将置零的导频符号有效子载波称为置零子载波，将未置零的导频符号有效子载波称为非零子载波。根据上述方式将导频符号置零后，即将导频符号频域有效子载波中的部分子载波进行置零后，在接收端，分别对非零子载波和置零子载波功率统计，对于非零子载波部分，统计的主要是信号功率，其中的噪声功率可以忽略，而对于置零子载波部分，用于进行了置零，信号功率为0，统计的就只是噪声功率。将上述信号功率和噪声功率进行计算，即可得出信道信噪比，即从用户节点至接收节点的信噪比。
另外，对于在用户导频符号有效子载波中选取部分子载波，可以将用户导频符号有效子载波分为N组，并将每组中置零子载波的比例设为1/M，其中N为大于等于1的整数，M大于1，在一个优选实施例中，N与M均取2的整数次幂。将用户导频符号有效子载波进行分组的方式可以是随机的，在优选的实施例中，分组的方式要根据实际情况，例如，可以根据用户所分配子载波的情况进行分组，为不同用户分别分组。
图4是根据本发明实施例的用于高速工业通信系统的信噪比测量方法的流程图。如图4所示，本发明提供一种用于高速工业通信系统的信噪比测量方法，包括：步骤S110，在用户导频符号有效子载波中选取部分子载波，并将所选取部分子载波置零；以及步骤S120，分别对非零子载波和置零子载波功率统计，计算信道信噪比。
所采用的置零方式可以是随机的，也可以是非随机的。采用随机置零的方式，能够避免干扰信号帧同步。
对于导频符号的生成，上述方法还包括根据导频符号在帧内的位置不同，从伪随机序列上选取相应的序列段，生成导频符号。
所述在用户导频符号有效子载波中选取部分子载波包括将所述用户导频符号有效子载波分为N组，并将每组中置零子载波的比例设为1/M，其中N为大于等于1的整数，M大于1。在一个优选实施例中，N与M均取2的整数次幂。
此外，本发明还提供一种用于高速工业通信系统的信噪比测量系统，包括发送端和接收端，其中发送端，用于在用户导频符号有效子载波中选取部分子载波，并将所选取部分子载波置零；接收端，用于分别对非零子载波和置零子载波功率统计，计算信道信噪比。
所采用的置零方式可以是随机的，也可以是非随机的。采用随机置零的方式，能够避免干扰信号帧同步。
发送端还用于根据导频符号在帧内的位置不同，从伪随机序列上选取相应的序列段，生成导频符号。这种根据其在帧内的位置不同从伪随机序列上选取相应的序列段的方式，也能够避免干扰信号帧同步。
所述在用户导频符号有效子载波中选取部分子载波包括将所述用户导频符号有效子载波分为N组，并将每组中置零子载波的比例设为1/M，其中N为大于等于1的整数，M大于1。在一个优选实施例中，N与M均取2的整数次幂。
根据本发明公开的用于高速工业通信系统的信噪比测量方法和系统，能够简单有效地得到信道的信噪比估计，从而掌握从用户节点到接收节点的信号传输质量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于高速工业通信系统的信噪比测量方法，包括：
在导频符号有效子载波中选取部分子载波，并将所选取部分子载波置零；以及
分别对非零子载波和置零子载波功率统计，计算信道信噪比；
其中，所述将所选取部分子载波置零采用的方式包括将所有偶数位置的导频符号有效子载波置零，或者将所有奇数位置的导频符号有效子载波置零。
2.如权利要求1所述的方法，还包括根据导频符号在信号帧内的位置不同，从伪随机序列上选取相应的序列段，生成导频符号。
3.如权利要求1所述的方法，其中，在用户导频符号有效子载波中选取部分子载波包括将所述用户导频符号有效子载波分为N组，并将每组中置零子载波的比例设为1/M，其中N为大于等于1的整数，M大于1。
4.如权利要求3所述的方法，其中，N与M均取2的整数次幂。
5.一种用于高速工业通信系统的信噪比测量系统，包括发送端和接收端，其特征在于：
发送端，用于在导频符号有效子载波中选取部分子载波，并将所选取部分子载波置零；以及
接收端，用于分别对非零子载波和置零子载波功率统计，计算信道信噪比；
其中，所述将所选取部分子载波置零采用的方式包括将所有偶数位置的导频符号有效子载波置零，或者将所有奇数位置的导频符号有效子载波置零。
6.如权利要求5所述的系统，其中，发送端还用于根据导频符号在信号帧内的位置不同，从伪随机序列上选取相应的序列段，生成导频符号。
7.如权利要求5所述的系统，其中，在用户导频符号有效子载波中选取部分子载波包括将所述用户导频符号有效子载波分为N组，并将每组中置零子载波的比例设为1/M，其中N为大于等于1的整数，M大于1。
8.如权利要求7所述的系统，其中，N与M均取2的整数次幂。
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