CN110336652A - 多子带编码/调制方法、终端、电子设备以及该系统 - Google Patents

多子带编码/调制方法、终端、电子设备以及该系统 Download PDF

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Abstract

一种用于基于OFDM体制的高速工业通信系统的多子带编码/调制方法、终端、电子设备以及该系统，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。所述方法包括：根据传输环境参数将所述系统中总线上的信号频带划分为多个子带；以及根据传输环境参数从多种编码方式中确定应用于每个子带上的编码方式，以及从多种调制方式中确定应用于每个子带上的调制方式。

Description

多子带编码/调制方法、终端、电子设备以及该系统
技术领域
本申请涉及高速工业通信系统技术领域，尤其涉及高速工业通信系统的多子带编码/调制方法、终端、电子设备以及该系统。
背景技术
目前，高速工业通信系统都采用均采用单载波调制和基带调制。
本申请的发明人发现，高速工业通信系统传输距离通常是随着实际应用而变化的，并且使用的传输介质各有不同，而且传输的数据量在不断增大；现有高速工业通信系统由于采用单载波调制和基带调制，会影响数据传输效果。
发明内容
本申请的一个实施例提供了一种用于基于OFDM(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，正交频分复用技术)体制的高速工业通信系统的多子带编码/调制方法。该方法包括：根据传输环境参数，将所述系统中总线上的信号频带划分为多个子带；以及根据传输环境参数，从多种编码方式中确定应用于每个子带上的编码方式，以及从多种调制方式中确定应用于每个子带上的调制方式。
可选地，所述根据传输环境参数从多种编码方式中确定应用于每个子带上的编码方式，以及从多种调制方式中确定应用于每个子带上的调制方式包括：根据传输环境参数从多种编码方式中确定应用于每个子带上的编码形式和/或编码参数；以及根据传输环境参数从多种调制方式中确定应用于每个子带上的调制形式和/或调制参数。
可选地，上述的每个子带包括一个或以一个上的子载波。
可选地，所述多个子带包括第一子带和第二子带，所述第一子带和所述第二子带包含的有效子载波的数量相同。
本申请的一个实施例提供了一种用于基于OFDM体制的高速工业通信系统的终端。该终端包括：子带划分模块，根据传输环境参数，将所述系统中总线上的信号频带划分为多个子带；以及编码/调制方式确定模块，根据传输环境参数，从多种编码方式中确定应用于每个子带上的编码方式，以及从多种调制方式中确定应用于每个子带上的调制方式。
可选地，所述子带划分模块根据传输环境参数将所述系统中总线上的信号频带划分为第一子带和第二子带，所述第一子带和所述第二子带包含的有效子载波的数量相同。
本申请的一个实施例提供了一种用于基于OFDM体制的高速工业通信系统，包括总线，以及至少两个终端，其中，终端根据传输环境参数，将所述系统中总线上的信号频带划分为多个子带；以及根据传输环境参数，从多种编码方式中确定应用于每个子带上的编码方式，以及从多种调制方式中确定应用于每个子带上的调制方式。
本申请的一个实施例提供了一种用于基于OFDM体制的高速工业通信系统的电子设备，包括，存储器、处理器，及存储在所述存储器上、并可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述程序时实现上述的方法。
通过上述技术方案，在基于OFDM体制的高速工业通信系统中采用多子带独立编码/调制方法，在不同子带采用不同的编码方式和/或调制方式，使系统更加灵活、适应信道的能力强；便于并行数字信号处理，提高效率、降低延时。
附图说明
图1为本申请一个实施例公开的用于基于OFDM体制的高速工业通信系统的多子带编码/调制方法1000；
图2为本申请一个实施例公开的用于基于OFDM体制的高速工业通信系统2000；
图3为本申请一个实施例公开的用于基于OFDM体制的高速工业通信系统的终端200；
图4为本申请一个实施例公开的用于基于OFDM体制的高速工业通信系统的电子设备4000。
图5为本申请一个实施例公开的用于基于OFDM体制的高速工业通信系统的多子带编码/调制方法的最小时频单元的示意图；
图6为本申请一个实施例公开的用于基于OFDM体制的高速工业通信系统的多子带编码/调制方法的子带划分方式示意图；
图7为本申请一个实施例公开的用于基于OFDM体制的高速工业通信系统的多子带编码/调制方法的数据成帧过程示意图；
图8为本申请一个实施例公开的用于基于OFDM体制的高速工业通信系统的多子带编码/调制方法的OFDM符号的生成示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
本发明中所述的“连接”，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连。在本发明的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶端”、“底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
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。
本申请中，编码形式是指例如RS码、卷积码、Turbo码等编码形式。编码参数是指编码形式的具体参数，例如QAM16、QAM64等。编码方式包括编码形式和编码参数。相应地，调制方式包括调制形式和调制参数。
图1为本申请一个实施例公开的用于基于OFDM体制的高速工业通信系统的多子带编码/调制方法1000。
如图所示，在步骤S110中，根据传输环境参数将系统中总线上的信号频带划分为多个子带。在步骤S120中，从多种编码方式中确定应用于每个子带上的编码方式，以及从多种调制方式中确定应用于每个子带上的调制方式。
可选地，多个子带包括第一子带和第二子带，第一子带和第二子带包含的有效子载波的数量相同。
例如，在步骤S110中，基于OFDM体制的高速工业通信系统的终端根据传输环境参数(例如，传输距离、传输介质、信道参数、信噪比、待传输的数据量、信噪比等)，将系统中总线上的信号频带划分为多个子带。
例如，鉴于通信信道中各段频带的信号质量分布不同，有的频带信号质量较好，有的频带信号质量较差，进而可以根据信号质量的好坏分布将通信信道划分为不同的子带。例如，信号质量较好的子带采用较高阶调制方式和较高编码效率，信号质量较差的子带采用较低阶调制方式和较低编码效率。
例如，在步骤S120中，终端根据传输环境参数(例如，传输距离、传输介质、信道参数、信噪比、待传输的数据量等)从RS码、卷积码、Turbo码、QAM、BPSK等中确定应用于每个子带上的编码形式及参数和调制形式及参数。
可选地，上述的多个子带中的每个子带可包括一个或以一个上的子载波。
可选地，根据传输环境参数从多种编码方式中确定应用于每个子带上的编码形式和/或编码参数；以及根据传输环境参数从多种调制方式中确定应用于每个子带上的调制形式和/或调制参数。每个子带上的编码形式可以相同也可以不同，编码参数可以相同也可以不同，每个子带上的调制形式可以相同也可以不同，调制参数可以相同也可以不同。
可选地，不同子带内的子载波关联的数据编码方式和载波调制方式可以不同，使高速工业通信系统更加灵活，适应通信信道的能力更强。
可选地，子带的划分可以均等也可以不均等，一个OFDM符号的子带个数为N个，其中N为大于等于2的自然数。
图6为本申请一个实施例公开的用于基于OFDM体制的高速工业通信系统的多子带编码/调制方法的子带划分方式示意图。如图6所示，假如一个OFDM符号包括128个子载波，可以将这个OFDM符号(频域)划分成三个子带，子带1中包括60个子载波，子带2中包括40个子载波，子带3中包括28个子载波。其中，每个子带中的子载波关联一种设定的数据编码方式和一种设定的载波调制方式。
通过上述技术方案，在基于OFDM体制的高速工业通信系统中采用多子带独立编码/调制方法，在不同子带采用不同的编码方式和/或调制方式，使系统更加灵活、适应信道的能力强；便于并行数字信号处理，提高效率、降低延时；能够支持将频率资源同时分配给多用户。
图5为本申请一个实施例公开的用于基于OFDM体制的高速工业通信系统的多子带编码/调制方法的最小时频单元的示意图。
如图所示，一个OFDM符号501包括通信信道中的所有子载波(子载波的总数量与每个子载波的频带带宽的乘积即为通信信道的信道带宽)，最小时频单元502为一个OFDM符号中的一个子载波。
例如，将整个信号带宽分为两个子带，高频子带和低频子带，独立编码、调制的参数如表1所示。
表1编码/调制方式
RS编码 编码效率 QAM映射
高频子带 (59,51) 高3/4 256QAM
低频子带 (159,127) 低1/2 16QAM
图7为本申请一个实施例公开的用于基于OFDM体制的高速工业通信系统的多子带编码/调制方法的数据成帧过程示意图。
如图所示，数据流依次经过RS编码、卷积、交织以及QAM映射。
针对在同一个子带内进行传输的数据流，首先对数据流进行加扰操作，增加数据的随机性。然后根据与该子带对应的数据编码方式对数据流中包括的数据进行编码。再通过对编码数据的交织操作来打乱编码数据的顺序，例如是通过矩阵交织操作来避免出现连续多个“0”或连续多个“1”的现象。最后根据这些数据通过与该子带对应的载波调制方式对该子带中匹配的各个子载波进行调制。
具体的，不同子带内的子载波关联的数据编码方式和载波调制方式可以选择，不同子带内的子载波关联的数据编码形式可以相同或不同，编码参数可以相同或不同，载波调制形式可以相同或不同，调制参数可以相同或不同。
如图6所示的子带1和子带3：子带1关联的数据编码方式为卷积编码，子带3关联的数据编码方式为Turbo编码；子带1关联的载波调制方式为256QAM，子带3关联的载波调制方式为BPSK(Binary Phase Shift Keying，二进制相移键控)。
作为一种选择，不同子带内的子载波关联的数据编码形式和载波调制形式相同，但参数不同。如图6所示的子带1和子带2：子带1关联的载波调制方式为256QAM，子带3关联的载波调制方式为16QAM，载波调制方式均是QAM，但是QAM的参数不同。
图8为本申请一个实施例公开的用于基于OFDM体制的高速工业通信系统的多子带编码/调制方法的OFDM符号的生成示意图。
如图所示，将各已调数据按照数据流顺序组合后，进行傅里叶逆变换，得到与数据流匹配的OFDM符号。
以高频子带中的各个子载波关联的载波调制方式为256QAM，低频子带中的各个子载波关联的载波调制方式为16QAM为例。
得到与高频子带对应的编码数据之后，通过与高频子带内各个子载波对应的载波调制方式256QAM，对各个子载波的幅度和相位进行调制。得到与低频子带对应的编码数据之后，通过与低频子带内各个子载波对应的载波调制方式16QAM，对各个子载波的幅度和相位进行调制。
由此，得到分别与高频子带对应的各个调制数据，与低频子带对应的各个调制数据。再将各调制数据按照数据流顺序组合后，进行傅里叶逆变换，得到与数据流匹配的OFDM符号。
图2为本申请一个实施例公开的用于基于OFDM体制的高速工业通信系统2000。如图所示，该系统2000包括总线220以及至少两个终端200和210。
图3为本申请一个实施例公开的用于基于OFDM体制的高速工业通信系统的终端200。终端220可以与终端200相同也可以不同，终端220可以与终端200都可以实现以下功能。
下面结合图2和图3来介绍本申请一个实施例公开的用于基于OFDM体制的高速工业通信系统2000和终端200。
如图所示，终端200包括子带划分模块201和编码/调制方式确定模块202。
子带划分模块201根据传输环境参数，将所述系统中总线上的信号频带划分为多个子带。编码/调制方式确定模块202根据传输环境参数，从多种编码方式中确定应用于每个子带上的编码方式，以及从多种调制方式中确定应用于每个子带上的调制方式。
例如，子带划分模块201基于OFDM体制的高速工业通信系统的终端根据传输环境参数(例如，传输距离、传输介质、信道参数、信噪比、待传输的数据量等)，将系统中总线上的信号频带划分为多个子带。
可选地，子带划分模块201根据传输环境参数将所述系统中总线上的信号频带划分为第一子带和第二子带，第一子带和第二子带包含的有效子载波的数量相同。
例如，多种编码方式和调制方式包括RS码、卷积码、Turbo码、QAM、BPSK等。编码/调制方式确定模块202根据传输环境参数(例如，传输距离、传输介质、信道参数、信噪比、待传输的数据量等)从RS码、卷积码、Turbo码、QAM、BPSK等中确定应用于每个子带上的编码形式及参数和调制形式及参数。
可选地，上述的多个子带中的每个子带可包括一个或以一个上的子载波。
可选地，每个子带上的编码形式可以相同也可以不同，编码参数可以相同也可以不同，每个子带上的调制形式可以相同也可以不同，调制参数可以相同也可以不同。
图4为本申请的一个实施例的用于基于OFDM体制的高速工业通信系统的电子设备的示意图4000。该电子设备可以为一种芯片。如图所示，该芯片可以包括输出单元401、输入单元402、处理器403、存储器404、通讯接口405，以及内存单元406。
存储器404作为一种非暂态计算机可读存储器，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如上述描述的用于基于OFDM体制的高速工业通信系统的可变调制方法对应的程序指令/模块。
处理器403通过运行存储在存储截止中的软件程序、指令以及模块，从而执行电子设备4000的各种功能应用以及数据处理，即实现上述实施例描述的方法。
存储器404可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据电子器件的使用所创建的数据等。此外，存储器404可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态性固态存储器件。在一些实施例中，存储器404可选包括相对于处理器403远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至电子设备。
上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种用于基于OFDM体制的高速工业通信系统的多子带编码/调制方法，包括：
根据传输环境参数将所述系统中总线上的信号频带划分为多个子带；以及
根据传输环境参数从多种编码方式中确定应用于每个子带上的编码方式，以及从多种调制方式中确定应用于每个子带上的调制方式。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述根据传输环境参数从多种编码方式中确定应用于每个子带上的编码方式，以及从多种调制方式中确定应用于每个子带上的调制方式包括：
根据传输环境参数从多种编码方式中确定应用于每个子带上的编码形式和/或编码参数；以及
根据传输环境参数从多种调制方式中确定应用于每个子带上的调制形式和/或调制参数。
3.如权利要求1所述的方法，其中，每个子带包括一个或以一个上的子载波。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个子带包括第一子带和第二子带，所述第一子带和所述第二子带包含的有效子载波的数量相同。
5.一种用于基于OFDM体制的高速工业通信系统的终端，包括：
子带划分模块，根据传输环境参数将所述系统中总线上的信号频带划分为多个子带；以及
编码/调制方式确定模块，根据传输环境参数从多种编码方式中确定应用于每个子带上的编码方式，以及从多种调制方式中确定应用于每个子带上的调制方式。
6.根据权利要求5所述的终端，其中，所述编码/调制方式确定模块根据传输环境参数从多种编码方式中确定应用于每个子带上的编码形式和/或编码参数；以及根据传输环境参数从多种调制方式中确定应用于每个子带上的调制形式和/或调制参数。
7.根据权利要求5所述的终端，其中，每个子带包括一个或以一个上的子载波。
8.根据权利要求5所述的终端，其中，所述子带划分模块根据传输环境参数将所述系统中总线上的信号频带划分为第一子带和第二子带，所述第一子带和所述第二子带包含的有效子载波的数量相同。
9.一种用于基于OFDM体制的高速工业通信系统的电子设备，包括存储器、处理器，及存储在所述存储器上、并可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至4之任一项所述的方法。
10.一种用于基于OFDM体制的高速工业通信系统，包括总线，以及至少两个终端，其中，
所述终端根据传输环境参数将所述系统中总线上的信号频带划分为多个子带；以及根据传输环境参数从多种编码方式中确定应用于每个子带上的编码方式，以及从多种调制方式中确定应用于每个子带上的调制方式。
11.如权利要求10所述的系统，其中，所述终端根据传输环境参数从多种编码方式中确定应用于每个子带上的编码形式和/或编码参数；以及从多种调制方式中确定应用于每个子带上的调制形式和/或调制参数。
12.如权利要求10所述的系统，其中，每个子带包括一个或以一个上的子载波。
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