CN110311770A - 基于ofdm通信体制的高速工业通信系统的时频复用方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种基于OFDM通信体制的高速工业通信系统的时频复用方法和装置、基于OFDM通信体制的高速工业通信系统、电子设备和存储介质。上述方法包括:将所述高速工业通信系统中用于传输数据的时频资源划分为多个资源块;根据所述高速工业通信系统中节点的需求参数,将所划分出的所述多个资源块中的一个或多个分配给所述节点,从而以所分配的资源块为单位传输所述节点的数据。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。
Description
技术领域
本申请属于高速工业通信系统领域,涉及一种基于OFDM通信体制的高速工业通信系统的时频复用方法和装置、基于OFDM通信体制的高速工业通信系统、电子设备和存储介质。
背景技术
现有的高速工业通信系统主要分为两类,一种是以CAN(Controller AreaNetwork,控制器局域网络)总线为代表的现场高速工业通信系统,其传输速率较低,大约为10kbps~1Mbps,因此数据传输的实时性差。
另一种高速工业通信系统为实时工业以太网现场总线,当其单网节点较多时,会有数据拥塞现象,也会导致数据传输的实时性差。虽然在该系统中可以引入交换机进行桥接,以减少数据拥塞现象并提高数据传输的实时性,但这样一来,网络拓扑结构将变得复杂且成本较高。因此,现有的高速工业通信系统无法在远距离、高速率传输时具有高实时性。
发明内容
为了解决现有技术中出现的上述问题,本申请提供了一种基于 OFDM通信体制的高速工业通信系统的时频复用方法,包括:
将所述高速工业通信系统中用于传输数据的时频资源划分为多个资源块,其中每个所述资源块均包括多个最小时频单元,每个所述最小时频单元为所述OFDM通信体制的OFDM符号中的一个子载波;
根据所述高速工业通信系统中节点的需求参数,将所划分出的所述多个资源块中的一个或多个分配给所述节点,从而以所分配的资源块为单位传输所述节点的数据。
根据一个实施方式,每个所述资源块均包括K*N个最小时频单元, K和N均为大于或等于1的正整数。
根据一个实施方式,每个所述资源块均包括连续K个OFDM符号上连续N个子载波的最小时频单元。
根据一个实施方式,所述需求参数包括所述节点的待发送数据量。
根据一个实施方式,所述需求参数包括从所述节点输入的参数和/ 或在所述节点中预设的参数。
根据一个实施方式,任一个资源块均具有频域离散导频结构或频域连续导频结构。
根据一个实施方式,在所述资源块的频域离散导频结构中,所有频率相同的最小时频单元中的至少一个用作为导频单元,并且所有导频单元频域离散分布于所述资源块中。
根据一个实施方式,在所述资源块的频域连续导频结构中,所有频率相同的最小时频单元中的至少一个用作为导频单元,并且所有导频单元在所述资源块中频域连续分布。
根据本申请另一方面,提供了一种基于OFDM通信体制的高速工业通信系统的时频复用装置,包括:
划分模块,将所述高速工业通信系统中用于传输数据的时频资源划分为多个资源块,其中每个所述资源块均包括多个最小时频单元,每个所述最小时频单元为所述OFDM通信体制的OFDM符号中的一个子载波;
分配模块,根据所述高速工业通信系统中节点的需求参数,将所划分出的所述多个资源块中的一个或多个分配给所述节点,从而以所分配的资源块为单位传输所述节点的数据。
根据本申请另一方面,提供了一种基于OFDM通信体制的高速工业通信系统,包括如上所述的时频复用装置。
根据本申请另一方面,提供了一种电子设备,包括:
处理器;
存储器,与所述处理器通信连接,并存储有计算机指令,当所述计算机指令被所述处理器执行时,使得所述处理器执行如上所述的方法。
根据本申请另一方面,提供了一种非瞬时性计算机可读存储介质,存储有计算机指令,当所述计算机指令被处理器执行时,使得所述处理器执行如上所述的方法。
针对现有技术中出现的问题,本申请提供的基于OFDM通信体制的高速工业通信系统的时频复用方法,在高速工业通信系统通信中引入正交频分复用(OFDM)通信体制,采用时频复用的方式将时频资源分配给用户(即,节点设备),在不增加结构复杂度和成本的前提下,使得高速工业通信系统在远距离、高速率传输时具有高实时性和灵活调度性。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。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本申请一个实施方式基于OFDM通信体制的高速工业通信系统的时频复用方法的流程图。
图2示出了OFDM通信体制中的时频资源包含最小时频单元的示意图。
图3示出了OFDM通信体制中将时频资源划分成多个资源块的示意图。
图4示出了OFDM通信体制中时频资源分配方式的示意图。
图5示出了OFDM通信体制中资源块的导频结构示例。
图6示出了根据本申请的另一实施方式基于OFDM通信体制的高速工业通信系统的时频复用装置的示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本申请的技术方案及优点,下面结合附图和具体实施例对本申请的内容做进一步详细说明。但此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。此外,以下所描述的本申请的各实施方式中所涉及到的技术特征除彼此构成冲突的情况外均可以组合使用,从而构成本申请范围内的其他实施方式。
本申请提出了在高速工业通信系统的通信中引入正交频分复用 (OrthogonalFrequency Division Multiplexing;缩写OFDM)通信体制。通过频分复用能够实现高速串行数据的并行传输,它具有较好的抗多径衰弱的能力,能够支持多用户接入。OFDM技术是多载波传输方案的实现方式之一,它的调制和解调是分别基于IFFT(Inverse Fast FourierTransform;快速傅里叶逆变换)和FFT(Fast Fourier Transform;快速傅里叶变换)来实现的,是实现复杂度较低、应用较广的一种多载波传输方案。
采用时频复用的方式将时频资源分配给用户,在不增加结构复杂度和成本的前提下,能够使得高速工业通信系统在远距离、高速率传输时具有高实时性和灵活调度性。
图1示出了根据本申请一个实施方式基于OFDM通信体制的高速工业通信系统的时频复用方法的流程图。如图1所示,该方法100包括步骤S110和S120。在步骤S110中,将高速工业通信系统中用于传输数据的时频资源划分为多个资源块。每个资源块均包括多个最小时频单元,每个最小时频单元为OFDM通信体制的OFDM符号中的一个子载波。
在高速工业通信系统中,具有多个节点(即,通常所说的用户或节点设备)。每个节点均是在该高速工业通信系统应用场景中的一个具体设备,例如,传感器、摄像头、探测器、移动终端等等。对于不同的节点设备,会有不同的数据传输需求,例如,温度传感器,其检测的是周围环境温度,并在检测到相应数据(温度数值)后,需要将该数值传输给其他节点设备。那么对于该温度传感器,其传输的数据量通常比较小,所需要的通信传输资源相对较少。另外,对于摄像头等视频相关设备,其需要传输的数据量往往比较大,所需要的通信传输资源则相对较多。也就是说,不同的节点设备所需要的通信传输资源不同。
图2示出了OFDM通信体制中的时频资源包含最小时频单元的示意图。如图2所示,时频资源在时域上包括多个连续的OFDM符号,每个OFDM符号包含Nc个子载波,而最小时频单元即为一个OFDM 符号中的一个子载波。也就是说,一个OFDM符号可包括Nc个最小时频单元。在上述步骤S110中,在时频资源中划分出的每个资源块均可包括多个最小时频单元。
在步骤S120中,根据高速工业通信系统中节点的需求参数,将所划分出的多个资源块中的一个或多个分配给该节点,从而以所分配的资源块为单位传输该节点的数据。如上所述,对于不同的节点设备,会有不同的数据传输需求,在高速工业通信系统中,不同的节点设备都会具有需求参数。该需求参数可以是预设在节点设备内的,也可以是节点设备在操作过程中实时更新的,还可以是通过节点设备手动输入的,或者通过其他仪器或设备检测得到的。基于该需求参数,可将所划分出的资源块分配给该节点,以用于该节点的通信传输。
由此,在高速工业通信系统通信中引入正交频分复用(OFDM)通信体制,采用时频复用的方式将时频资源分配给用户(即,节点设备),在不增加结构复杂度和成本的前提下,使得高速工业通信系统在远距离、高速率传输时具有高实时性和灵活调度性。
图3示出了OFDM通信体制中将时频资源划分成多个资源块的示意图。如图3所示,每个资源块均可包括K*N个最小时频单元,其中 K和N均为大于或等于1的正整数。更进一步地,每个资源块均可包括连续K个OFDM符号上的连续N个子载波,即连续的K*N个最小时频单元。根据本申请,以资源块为单位将时频资源分配给用户,即节点设备。
根据本申请一个实施方式,上述需求参数可包括高速工业通信系统中节点的待发送数据量。也就是说,系统可根据不同用户的待发送数据量的多少,灵活地配置分配给各个用户的资源块数,从而满足各节点设备的通信传输需求。
图4示出了OFDM通信体制中时频资源分配方式的示意图。如图4 所示,可根据用户需求,将一个资源块a分配给用户A,将两个资源块 b分配给用户B,将一个资源块C分配给用户c,将M个资源块d分配给用户D。由此,可满足各用户的通信传输需求。
根据本申请一个实施方式,上述需求参数可包括从节点输入的参数和/或在节点中预设的参数。在实际操作中,可允许用户(即,节点设备)实时输入需求参数,并且/或者还可在节点设备中预设有需求参数,以用于步骤S120中,从而可实现时频资源的按需分配。
根据本申请一个实施方式,任一个资源块均具有频域离散导频结构或频域连续导频结构。资源块的导频结构可根据需求灵活设计,既可以是频域离散的,也可以是频域连续的,只要保证一个资源块内N个不同频率的子载波上都放置有导频即可。
图5示出了OFDM通信体制中资源块的导频结构示例。如图5所示,一个OFDM符号包括8个子载波,一个资源块包括4×4个最小时频单元。在图5中共示出了6个4×4的资源块。
图5所示示例右下角的资源块具有频域连续导频结构,该资源块的第1个符号的4个子载波放置导频,作为导频单元,其余放置待发送数据。也就是说,在该资源块的频域连续导频结构中,所有频率相同的最小时频单元中的至少一个最小时频单元用作为导频单元,并且所有导频单元在该资源块中频域连续分布。
图5所示示例左上角的资源块具有频域离散导频结构,该资源块的每个符号的1个子载波放置导频,作为导频单元,其余放置待发送数据。也就是说,在该资源块的频域离散导频结构中,所有频率相同的最小时频单元中的至少一个最小时频单元用作为导频单元,并且所有导频单元频域离散分布于该资源块中。
图6示出了根据本申请的另一实施方式基于OFDM通信体制的高速工业通信系统的时频复用装置的示意图。如图6所示,装置200可包括划分模块210和分配模块220。划分模块210将所述高速工业通信系统中用于传输数据的时频资源划分为多个资源块,其中每个所述资源块均包括多个最小时频单元,每个所述最小时频单元为所述OFDM通信体制的OFDM符号中的一个子载波。分配模块220根据所述高速工业通信系统中节点的需求参数,将所划分出的所述多个资源块中的一个或多个分配给所述节点,从而以所分配的资源块为单位传输所述节点的数据。
根据本申请的另一实施方式,提供一种基于OFDM通信体制的高速工业通信系统,该系统包括如上所述的。
根据本申请的另一实施方式,提供一种电子设备,该设备可包括彼此通信连接的处理器和存储器,该存储器存储有计算机指令,当该计算机指令被处理器执行时,使得该处理器执行如上所述的方法。
根据本申请的另一实施方式,提供一种非瞬时性计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令,当该计算机指令被处理器执行时,使得该处理器执行如上所述的方法。
需要说明的是,以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本申请而非限制本申请的范围,本领域的普通技术人员应当理解,在不脱离本申请的精神和范围的前提下对本申请进行的修改或者等同替换,均应涵盖在本申请的范围之内。此外,除上下文另有所指外,以单数形式出现的词包括复数形式,反之亦然。另外,除非特别说明,那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。
Claims (12)
1.一种基于OFDM通信体制的高速工业通信系统的时频复用方法,包括:
将所述高速工业通信系统中用于传输数据的时频资源划分为多个资源块,其中每个所述资源块均包括多个最小时频单元,每个所述最小时频单元为所述OFDM通信体制的OFDM符号中的一个子载波;
根据所述高速工业通信系统中节点的需求参数,将所划分出的所述多个资源块中的一个或多个分配给所述节点,从而以所分配的资源块为单位传输所述节点的数据。
2.根据权利要求1所述的方法,其中每个所述资源块均包括K*N个最小时频单元,K和N均为大于或等于1的正整数。
3.根据权利要求2所述的方法,其中每个所述资源块均包括连续K个OFDM符号上连续N个子载波的最小时频单元。
4.根据权利要求1所述的方法,其中所述需求参数包括所述节点的待发送数据量。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述需求参数包括从所述节点输入的参数和/或在所述节点中预设的参数。
6.根据权利要求1所述的方法,其中任一个资源块均具有频域离散导频结构或频域连续导频结构。
7.根据权利要求6所述的方法,其中在所述资源块的频域离散导频结构中,所有频率相同的最小时频单元中的至少一个用作为导频单元,并且所有导频单元频域离散分布于所述资源块中。
8.根据权利要求6所述的方法,其中在所述资源块的频域连续导频结构中,所有频率相同的最小时频单元中的至少一个用作为导频单元,并且所有导频单元在所述资源块中频域连续分布。
9.一种基于OFDM通信体制的高速工业通信系统的时频复用装置,包括:
划分模块,将所述高速工业通信系统中用于传输数据的时频资源划分为多个资源块,其中每个所述资源块均包括多个最小时频单元,每个所述最小时频单元为所述OFDM通信体制的OFDM符号中的一个子载波;
分配模块,根据所述高速工业通信系统中节点的需求参数,将所划分出的所述多个资源块中的一个或多个分配给所述节点,从而以所分配的资源块为单位传输所述节点的数据。
10.一种基于OFDM通信体制的高速工业通信系统,包括如权利要求9所述的时频复用装置。
11.一种电子设备,包括:
处理器;
存储器,与所述处理器通信连接,并存储有计算机指令,当所述计算机指令被所述处理器执行时,使得所述处理器执行如权利要求1-8中任一项所述的方法。
12.一种非瞬时性计算机可读存储介质,存储有计算机指令,当所述计算机指令被处理器执行时,使得所述处理器执行如权利要求1-8中任一项所述的方法。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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