CN112383432A - 一种基于ofdm的高速工业通信系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了基于OFDM的高速工业通信系统及控制方法。所述基于OFDM通信体制的高速工业通信系统包括多个节点设备和至少一个两线制现场总线，所述节点设备的传输端口连接到所述两线制环形现场总线上；其中，所述多个节点设备配置成通过OFDM调制方式相互通讯，所述节点设备通过广播模式将调制后的数据信号分别发送到所述两线制环形现场总线上，其它节点设备从所述两线制环形现场总线上直接接收数据信号。本申请采用基于OFDM的两线制环形现场总线，可以有效解决总线节点或者传输线意外断开而导致的断网问题，同时具有较强的抗多径干扰能力，可以实现多用户、高实时、高可靠性的数据传输。

Description

一种基于OFDM的高速工业通信系统

技术领域

本申请涉及工业通信领域，尤其涉及一种基于OFDM的高速工业通信系统。

背景技术

现有工业通信网络中，基于工业现场总线协议的网络拓扑包括总线型、树形、环形等。

总线型拓扑结构主要以CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)现场工业控制总线为代表，即一对双绞线可以连接多个传感器、执行器，可以实现环形组网，这类总线通常数据传输速率较低，大约为1Mbps～12Mbps，因此数据传输的实时性差，无法满足高带宽需求。

树形拓扑结构的总线通过中继或代理方式，可以在总线分支上接入更多设备，但网络结构复杂，网络稳定性和可靠性低。

为了提高网络稳定性，通常采用冗余设计，而环形拓扑结构相比其他拓扑结构明显具有冗余备份优势，因此在工业现场总线中更为广泛地应用。环形拓扑结构主要以工业以太网为代表，其数据传输速率为10Mbps～100Mbps。但工业以太网需要借助以太交换机实现设备的接入及数据传输，系统复杂、布线困难，同时存在严重的多径干扰(多径干扰指电磁波经不同路径传播，各分量到达接收端的时间不同，按各自相位相互叠加而造成干扰，使得原来的信号失真，或者产生错误)。

现有的其它总线的环形组网为菊花链式拓扑，并不能起到冗余机制，并不是实际意义上的环网结构。图1示出了现有技术中的一种菊花链式拓扑结构。如图1所示，菊花链式结构中任意两个节点之间由线缆联结形成串联连接，线缆和节点之间共同作用，形成环网。这种结构采用的是手拉手模式，TN1节点的发送口连接相邻的TN2节点的接收口，TN2节点的发送口连接相邻的TN3节点的接收口，以此类推，TNn节点的发送口连接相邻的CN节点的接收口，形成菊花链式的环网，在环网中传输的数据，需要通过节点来转发。如图1所示，如果TN2节点故障，则TN1节点向TN3节点发送的信号不能到达TN3节点，甚至是所有节点向TN3节点发送的信号都不能到达TN3节点，即一旦一个节点出现故障，会引起全网故障。而从TN3节点发送到TN1节点的信号可以到达TN1节点，但是此时环形网络将变成长线拓扑，从而失去了冗余功能，所以菊花链式拓扑结构局限在短距离少量节点的部分应用场合。

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的高速工业通信系统，包括多个节点设备和至少一个两线制现场总线，所述节点设备的传输端口连接到所述两线制环形现场总线上；其中，所述多个节点设备配置成通过OFDM调制方式相互通讯，所述节点设备通过广播模式将调制后的数据信号分别发送到所述两线制环形现场总线上，其它节点设备从所述两线制环形现场总线上直接接收数据信号。

根据一些实施例，所述两线制现场总线的数量为两条时，所述节点设备的传输端口通过一分二连接器分别并联到两条两线制环形现场总线上。

根据一些实施例，所述多个节点设备均配备有自动增益控制电路，所述自动增益控制电路根据所述节点设备接收到的信号功率实施匹配算法，调整所述信号功率到均衡值。

根据一些实施例，所述自动增益控制电路包括反馈控制环路和可控增益放大器，所述可控增益放大器的增益由所述反馈控制环路调节。

根据一些实施例，所述反馈控制环路包括依次连接的电平检测电路、低通滤波器、比较器和控制电压产生器，所述可控增益放大器的输出端与所述电平检测电路的输入端相连，所述反馈控制环路通过所述控制电压产生器的输出电压对所述可控增益放大器的增益进行控制。

根据一些实施例，所述节点设备包括一个发送端和一个接收端，所述发送端和接收端通过双绞线构成第一传输端口，所述第一传输端口连接到所述两线制环形现场总线上。

根据一些实施例，所述节点设备包括一个发送端和一个接收端，所述发送端和接收端通过双绞线构成第一传输端口，所述第一传输端口通过三个一分二连接器连接到所述两条两线制环形现场总线上。

根据一些实施例，所述节点设备的传输端口通过一个一分二连接器连接到一条所述两线制环形现场总线上。

根据一些实施例，所述两条两线制环形现场总线互为备份，实现所述节点设备之间的通信。

根据一些实施例，所述节点设备按照分配的时隙在所述两线制环形现场总线上接收和发送信号。

本申请提供的高速工业通信系统，基于传输线理论进行两线制通信多节点组网，并且采用环形拓扑，节点设备之间的通信达到了良好冗余，应对断网故障，有效解决总线节点或者传输线意外断开而导致的断网问题。另外，系统在有线物理介质上采用OFDM技术，具有较强的抗多径干扰能力，可以实现多用户、高实时、高可靠性的数据传输，提高了系统鲁棒性。

本申请提供的高速工业通信系统，如果两线制环形总线为单环网即环网上有一条环形总线，在两线制环形总线上某个节点设备意外断开的情况下，两线制环形总线上其他节点设备并不会失效，依然是不受影响的一个环网。当任何两个节点设备之间线路断开，不会导致环形总线上有任何节点设备发生断网。因为环形总线上任何两个通信节点之间意外断开，环网会转化成一个直线网络，其它节点设备两两之间的通信信道依然存在，保证了通信网络不失效。因此，达到了双重冗余机制。

如果两线制环形总线为单环网即环网上有一条环形总线，当该条环形总线上有四个节点设备故障，造成两处线路发生故障且两条线路不相邻时，会导致一条单环网总线变成至少两个不相连接的线形网络，从而影响到其它正常节点的通信。但是，在上述故障情况下，如果两线制环形总线为双环网，虽然在一条单环网上形成两个不相连接的线形网络，但是可以节点通过另一条环形总线通信，保证了通信网络不失效，因此，达到了四重冗余机制。相对于单环网可以应对单个断点故障的特性，提供了更好的冗余设计，可以有效解决总线节点或者传输线意外断开而导致的断网问题。并且，双环网络在单环出现断线情形下，保证数据通信的连续性的同时，可以通过提取各个终端节点信号的幅值，信噪比，AGC调整等参数，结合网络拓扑结构，可以判断出故障点位置。

另外，系统在有线物理介质上采用OFDM技术，具有较强的抗多径干扰能力，可以实现多用户、高实时、高可靠性的数据传输，提高了系统鲁棒性。

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，这些附图仅仅展示了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实施方案。

图1为现有技术中的菊花链式拓扑结构示意图。

图2为根据本申请示例实施例的单环网两线制环形拓扑结构示意图。

图3为根据本申请示例实施例的双环网两线制环形总线连接示意图。

图4为根据本申请示例实施例的节点通过一分二连接器连接两线制总线示意图。

图5为根据本申请示例实施例的节点通过一分二连接器连接双环网两线制总线示意图。

图6为实现OFDM调制功能的组件示意图。

图7为信道均衡技术示意图。

图8为OFDM符号的结构示意图。

图9A、9B分别为不使用AGC功能和使用AGC功能的环形拓扑信号传输示意图。

图10为根据本申请示例实施例的AGC电路框图。

图11为根据本申请示例实施例的5节点拓扑结构示意图。

图12为根据本申请示例实施例的工业总线控制方法示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、装置等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现或者操作。

附图中所示的方框图不一定必须与物理上独立的实体相对应。可以采用软件、或在一个或多个硬件模块和/或可编程模块中实现这些功能实体或功能实体的一部分，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制装置中实现这些功能实体。

附图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如前所述，现有技术中的工业现场总线存在实时性差、缺乏冗余备份等缺陷，并且多径效应严重，导致总线传输效率低下，可靠性也较低。

为此，本申请提供一种高速工业通信系统，其采用基于OFDM的两线制环形现场总线，从而提供了很好的冗余设计，可以有效解决总线节点或者传输线意外断开而导致的断网问题，同时采用OFDM调制技术，具有较强的抗多径干扰能力，可以实现多用户、高实时、高可靠性的数据传输。两线制总线，也称为现场宽带总线、两线制工业控制总线或AUTBUS总线。

以下结合附图对本申请进行详细说明。

图2、图3为根据本申请示例实施例的高速工业通信系统的示意图，在图2中，采用单环网两线制环形拓扑结构，在图3中，采用双环网两线制环形拓扑结构。如图2、图3所示，高速工业通信系统包括两线制环形现场总线和连接在总线上的多个节点设备CN、TN1、TN2……。其中，节点CN为主节点，节点TN1、TN2……为从节点。

如图2所示，总线为单环网两线制环形现场总线，总线由一条双绞线差分对环形总线构成。节点设备并联连接在环网总线上，每个节点设备的发送端(TX)和接收端(RX)通过差分对双绞线构成一个第一传输端口，节点设备通过第一传输端口连接到一条两线制环形现场总线上，具体地，如图4所示，通过一分二连接器连接到一条两线制环形总线上。

进一步地，如图3所示，总线还可以采用双环网两线制环形拓扑结构。具体而言，在第一传输端口通过三个一分二连接器转换成两个第二传输接口，分别与两条环网总线连接。其中，一分二连接器包括但不限于一分二T型头连接器或一分二Y型头连接器。

根据一些实施例，每个节点设备通过T型头连接器连接在两线制环形现场总线上，如图5所示。节点设备的第一传输端口通过一分二T型头连接器A和一分二T型头连接器B连接到第一条两线制环形现场总线上，通过一分二T型头连接器A和一分二T型头连接器C连接到第二条两线制环形现场总线上。具体地，一分二T型头连接器A的一个出线口与一分二T型头连接器B的进线口连接，一分二T型头连接器A的另一个出线口和一分二T型头连接器C的进线口连接，一分二T型头连接器B的两个出线口连接到一条两线制环形现场总线上，一分二T型头连接器C的两个出线口连接到另一条两线制环形现场总线上。

如果两线制环形总线为单环网即环网上有一条环形总线，在两线制环形总线上某个节点设备意外断开的情况下，两线制环形总线上其他节点设备并不会失效，依然是不受影响的一个环网。当任何两个节点设备之间线路断开，不会导致环形总线上有任何节点设备发生断网。因为环形总线上上任何两个通信节点之间意外断开，环网会转化成一个直线网络，其它节点设备两两之间的通信信道依然存在，保证了通信网络不失效。因此，达到了双重冗余机制。

如果两线制环形总线为单环网即环网上有一条环形总线，当该条环形总线上有四个节点设备设备故障，造成两处线路发生故障且两条线路不相邻时，会导致一条单环网总线变成至少两个不相连接的线形网络，从而影响到其它正常节点的通信。但是，在上述故障情况下，如果两线制环形总线为双环网，虽然在一条单环网上形成两个不相连接的线形网络，但是可以节点通过另一条环形总线通信，保证了通信网络不失效，因此，达到了四重冗余机制。

并且，双环网络在单环出现断线情形下，保证数据通信的连续性的同时，可以通过提取各个终端节点信号的幅值，信噪比，AGC调整等参数，结合网络拓扑结构，可以判断出故障点位置。

多个节点设备配置成通过OFDM调制方式相互通讯，系统通过广播模式将调制后的数据信号发送到两线制环形现场总线上。每个节点设备发送的消息通过广播方式发送到总线上的其他节点设备。

节点CN为主节点，节点TN1、TN2……为从节点。主节点CN对总线网络资源进行统一配置和调度，即生成和更新总线的网络配置信息(包括资源配置信息、节点标识、节点在线状态、相邻节点之间的链路状态等)，并在网络配置信息生成后以及发生变化后广播给各从节点。各从节点接收主节点或其他从节点发送的信息，包括主节点发送的网络配置信息，并将该网络配置信息在本地保存。为了描述方便，当使用节点一词时，指不限于主节点、从节点的任一节点；当使用主节点、从节点一词时，指相应的特定节点。

在高速工业通信系统中，每个节点(即，通常所说的用户或节点设备)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。不同的节点设备具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，并在检测到温度数值后，需要将该数值传输给其他节点设备。显然，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。再如，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。

在本申请实施例的高速工业通信系统100中，所有节点设备配置成通过OFDM调制方式相互通讯。

现有技术中，现场总线通常采用单载波技术，例如CAN，其传输带宽比较低，传输速率也比较低。本申请人在工业现场总线中使用OFDM技术，即正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing；缩写OFDM)。OFDM是多载波传输方案的实现方式之一。通过OFDM技术，可以使不同节点设备通过互不干扰的多个子载波传输数据，减少了传输时间，避免了多个节点设备在使用单载波技术时容易出现的传输延迟和阻塞的问题。

在本申请的高速工业通讯系统中，每个节点和其他节点通过OFDM调制方式进行相互通讯，即通过正交频分多路复用技术，进行数据的调制，然后将调制后的数据发送到总线上，进行数据通讯。OFDM技术是将整个传输带宽B划分为N个子带，各个子带的子载波相互正交，从而把高速串行数据符号转换为N路并行的子信号调制到每个子载波进行并行传输，极大地提升了传输效率。因此，在有线物理介质上基于OFDM技术实现了高带宽高实时传输技术，传输速率约为10Mbps～100Mbps。

在采用OFDM技术时，如图6所示，每个节点可以包括顺序连接的映射器、串并变换单元、IFFT单元以及并串变换单元。其中，映射器配置成可对节点设备的待传输比特流进行映射，得到调制信号；串并变换单元配置成可将所述调制信号拆分为预设数量的并行的调制子信号；IFFT单元配置成可分别对各调制子信号进行IFFT变换，得到对应的时域子信号；并串变换单元配置成可将预设数量的时域子信号合并成一个OFDM符号。

根据一些实施例，主节点配置成生成资源调度信息，并将其发送给至少一个从节点。资源调度信息用于指定各节点所使用的固定时隙。主节点例如可根据目前总线上连接的从节点数目和/或每个从节点对于资源或时隙的需求，来动态地调整资源调度信息，以实现系统的优化。另外，当一个新的从节点加入到高速工业通信系统时，例如，连接到总线，主节点将根据新加入的节点，为其分配资源调度信息，必要的话，也可能需要调整已有的节点的资源调度信息。

根据一些实施例，在资源调度信息中，一个固定时隙对应一个OFDM符号资源。一个OFDM符号资源是资源调度的最小粒度。

采用OFDM技术不仅能够实现高带宽高实时传输，还能够通过多载波调制技术实现总线上多用户数据的并发传输。用户数据可以分为实时数据和非实时数据，其中，实时数据对数据传输的时间确定性和及时性要求较高，而非实时数据则相对要求较低。此外，不同用户数据对资源的需求不同，例如，传感器测得的温度数值所占资源要远远小于摄像机捕获的视频信号。因此，在一些实施例中，可以预先将用户数据进行分类，例如分为实时数据、非实时数据，或者根据所占资源大小分类，以便于根据不同用户数据实行不同发送策略。由于采用了ODFM技术，不同用户数据可以基于不同通道同时实现数据传输，包括区分实时性强的控制信道数据传输，以及多媒体类等突发性带宽要求较多的业务数据传输。在有线物理介质上基于OFDM技术不仅提高了数据带宽，也能确保数据传输的安全可靠。

根据一些实施例，提供基于组播方式的多用户数据传输方案，可以在总线上提供组播数据传输方式，从而进一步提高数据通信效率。

此外，采用OFDM技术，还可以获得很好的抗多径干扰效果。

现有技术中，两大主要现场总线CAN和工业以太网都存在多径干扰问题：在总线中进行数据传输时由于存在直射径和反射径而使得通信信道呈现为频率选择性衰落信道。环形网络中的多径效应比直线网络更严重，高速总线比低速总线更严重。

采用信道均衡技术能够抑制多径干扰。图7示出了信道均衡技术在数据传输中的应用。如图7所示，f1、f2、f3分别是宽带信号中的不同频率。由于多径效应的存在，不同频点f1、f2、f3的信号幅度不同，呈现频率选择性衰落。而采用了信道均衡技术后，宽带信号中的任意频点下，例如f1、f2、f3，信号幅度相同，信道响应呈现平坦化。

OFDM技术能够很好地实现信道均衡。在总线上进行数据传输时，信号带宽影响多径效应，信号带宽越小，多径干扰越小。采用OFDM技术，将总线的整个传输带宽划分为N个子带，使得子带包括的单个子载波的带宽为窄带，从而信道响应是平坦衰落信道，而不再是频率选择性衰落信道，因此具有抗多径干扰能力。

更进一步地，根据本申请的一个实施例，在OFDM的通信方式中使用了循环前缀CP(Cyclic Prefix)。图8示出了包含CP的OFDM符号。如图8所示，循环前缀CP是将原始OFDM符号尾部的一段复制到该原始OFDM符号的前端所形成的。这样，一个固定时隙T_OFDM表达为：

T_OFDM＝T_cp+T_u

其中，T_cp为循环前缀对应的时长，T_u为原始OFDM符号对应的时长。

通过在OFDM的通信方式中使用循环前缀CP，增加了符号时长，进一步降低了多径效应，能够克服环形网络拓扑下高频信号的多径干扰。

根据本申请的其他实施例，也可以采用非CP的其他形式的保护间隔，例如无信号保护间隔等，来增加符号时长，降低干扰。

本申请提供的高速工业通信系统，如图2所示，当某从节点设备意外断开时，本申请两线制环形拓扑结构中的其他节点并不会失效，同时整个网络依然是不受影响的环形网络。当主节点设备发生故障时，可通过实时检测及时发现，随后通过系统备份节点切换的方式，将一个从节点设备切换配置为主节点，从而保证系统的实时稳定运行。在一些可靠性要求较高的应用场景，也可以有两个主节点，这两个主节点互为备份，但同时只有一个主节点工作，在该主节点异常时，启用备用主节点。能够较好应对断网故障，有效解决总线节点或者传输线意外断开而导致的断网问题。另外，系统在有线物理介质上采用OFDM技术，具有较强的抗多径干扰能力，可以实现多用户、高实时、高可靠性的数据传输，提高了系统鲁棒性。

根据一些实施例，在高速工业通信系统100中，所有节点设备可以配置成具有自动增益控制电路，也就是AGC电路(Automatic Gain Control，自动增益控制)。

现有技术中，无论总线采用环路设计还是开路设计，信号在总线上传输时，都会随着距离变远而一路衰减。图9A示出了环形组网中，信号经由两个方向传输时的衰减变化。如图9A所示，主节点CN发出的信号一路经由TN1、TN2……传播，另一路沿相反传播，两路信号随距离逐渐衰减，因此远端节点接收到的信号十分微弱。

为了解决上述问题，本申请采用了AGC技术，所有节点设备配置成具有AGC电路。图9B示出了采用了AGC电路的环形组网的信号接收状况。如图9B所示，当主节点CN发出的信号经由两个路线传播时，两个路线上的每一个节点设备都会启动AGC功能。每一个节点的AGC电路接收到信号之后，将信号功率调整到一个均衡值，保证所有节点收到的信号功率基本相等，从而实现信号的稳定接收。

当任何两个节点之间的线路断开时，如图3中的一个环网总线上的TN1节点和TN2节点之间的线路断开时，另一个环网总线可以保障所有节点设备的通信，可见该故障不会导致通信系统断网。

而存在断点的一个环网总线，其环形网络转化为两端开路(一端为TN1节点开路，一端为TN2节点开路)的线型网络，所有通信节点两两之间的通信信道依然存在，从而保证了通信网络不会失效。但是，由于断点的存在，直线网络的通信效果会受到影响，而在本申请技术方案中，每个节点设备都包括AGC电路，AGC电路会根据节点设备接收到的信号功率实施匹配算法，调整所述信号功率到均衡值，保证所有节点收到的信号基本功率相等，保证了信号的稳定接收。

根据一些实施例，两线制环形拓扑网络的传输介质可以为双绞线或屏蔽双绞线，并不以此为限。

图10为根据本申请示例实施例的AGC电路示意图。AGC电路(自动增益控制电路)是在输入信号幅度变化很大的情况下，自动保持输出信号幅度基本不变(或在很小范围内变化)的一种自动控制电路。如图10所示，AGC电路主要包括反馈控制环路和被控对象两部分。其中，反馈控制环路由电平检测电路、LPF(低通滤波器)，比较器和控制电压产生器组成。被控对象为可控增益放大器。可控增益放大器的放大倍数由控制电压产生器的输出信号控制，可控增益放大器的输出端与电平检测电路的输入端相连。

在正常工作链路中，电平检测电路检测出反映信号电平的平均值，将该平均值在比较器中与参考电压比较。随后，电压产生器根据比较结果产生控制信号，来调整可控增益放大器的增益。具体地，当可控增益放大器的输入电压增大而导致其输出电压也增大时，反馈控制环路会产生信号给可控增益放大器，调整可控增益放大器的增益，使之变小，反之，则调整放大器的增益，使之变大。这样，无论可控增益放大器的输入信号怎样变化，其输出信号都能保持基本恒定或在很小范围内变化。

在本申请的高速工业通信系统中，由于每个节点设备具有AGC功能，信号在两线制环形总线上传输过程中的衰减因AGC功能而避免，从而保证信号的稳定接收。AGC功能对于环路尤其重要：当环路中两个节点之间线路断开，环形拓扑变为开路长线拓扑时，拓扑发生剧烈改变，对系统通信产生巨大影响，然而由于所有通信节点都具有AGC功能，依然能够很好地抵抗长线的衰减，保证信号的稳定接收。

图11为根据本申请示例实施例的5节点拓扑结构示意图。如图11所示，除了主节点CN之外，总线上连接有5个从节点：TN1-TN5。总线为两线制环形总线，传输介质采用CAT5双绞线。

5节点拓扑结构中，每个节点与其他节点之间采用ODFM技术进行数据传输。同时每个数据前均添加循环前缀。

针对由上述节点和总线形成的5节点拓扑结构进行数据传输稳定性、可靠性试验。

具体地，在5节点拓扑组网正常运行中，突然断开环路组网中的A点，例如断开设置于A点的开关，采集总线上各节点的数据。断开一段时间后再闭合A点的开关，再次采集相关数据。如此反复多次试验，发现总线通信在少量报错后，均能迅速恢复正常。

进一步对采集的相关数据分析，证实环路组网在信噪比、失真、杂散等各个方面的性能，均能满足系统要求。

尽管对5节点环形拓扑进行了组网试验，证实网络的各方面指标达到预期，基于在前描述可知，本申请可以应用更多节点设备的组网，换句话，本申请对节点数量不做任何限制。

根据本申请第二方面的示例实施例，提供一种工业总线的控制方法100。该控制方法100可用于控制例如图2所示的工业总线，其中多个节点设备连接在所述工业总线上，所述工业总线为两线制环形现场总线。下面参考图12详细描述控制方法100。

如图12所示，当其中一个节点设备需要发送数据时，

在步骤S101：采用OFDM调制方式，调制待发送的数据。

关于数据的OFDM调制的实现方式，类似于上文所描述的内容，此处不再赘述。

在步骤S102：将调制后的数据，发送到工业总线上。

通过OFDM方式对数据进行调制之后，将调制后的数据发送到工业总线上，进行数据通讯。作为数据通讯另一方的另一个节点设备，在接收到数据之后，例如通过与前述调制相反的逆向过程来进行解码，获得数据内容。

根据一些实施例，工业总线的控制方法还包括，当其中一个节点设备接收数据时，采用AGC方式调整接收到的数据信号的功率。

通过对示例实施例的描述，本领域技术人员易于理解，根据本申请实施例的技术方案至少具有以下优点中的一个或多个。

根据一些实施例，由于本申请的高速工业通讯系统基于传输线理论采用两线制环形拓扑，从而提供了很好的冗余设计，可以有效解决总线节点或者传输线意外断开而导致的断网问题；由于系统在有线物理介质上采用OFDM技术，从而具有较强的抗多径干扰能力，可以实现多用户、高实时、高可靠性的数据传输，提高了系统鲁棒性。

根据一些实施例，在本申请的高速工业通信系统中，由于每个节点设备具有AGC功能，信号在两线制环形总线上传输过程中的衰减因AGC功能而避免，从而保证信号的稳定接收。尤其对于系统所采用的环形拓扑结构，当环路中两个节点之间线路断开，环形拓扑变为开路长线拓扑时，拓扑发生剧烈改变，对系统通信产生瞬时强烈冲击，由于系统所有通信节点都具有AGC功能，能够很好地抵抗长线的衰减，确保信号的稳定接收，保证系统的正常运行。

根据一些实施例，通过在OFDM的通信方式中使用循环前缀CP，增加了符号时长，进一步降低了多径效应，能够克服环形网络拓扑下高频信号的多径干扰。

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 (10)

1.一种基于OFDM的高速工业通信系统，包括：

多个节点设备；和

至少一个两线制现场总线，所述节点设备的传输端口连接到所述两线制环形现场总线上；

其中，所述多个节点设备配置成通过OFDM调制方式相互通讯，所述节点设备通过广播模式将调制后的数据信号分别发送到所述两线制环形现场总线上，其它节点设备从所述两线制环形现场总线上直接接收数据信号。

2.如权利要求1所述的高速工业通信系统，其中，所述两线制现场总线的数量为两条时，所述节点设备的传输端口通过一分二连接器分别并联到两条两线制环形现场总线上。

3.如权利要求1所述的高速工业通信系统，其中，所述多个节点设备均配备有自动增益控制电路，所述自动增益控制电路根据所述节点设备接收到的信号功率实施匹配算法，调整所述信号功率到均衡值。

4.如权利要求3所述的高速工业通信系统，其中，所述自动增益控制电路包括反馈控制环路和可控增益放大器，所述可控增益放大器的增益由所述反馈控制环路调节。

5.如权利要求4所述的高速工业通信系统，其中，所述反馈控制环路包括依次连接的电平检测电路、低通滤波器、比较器和控制电压产生器，所述可控增益放大器的输出端与所述电平检测电路的输入端相连，所述反馈控制环路通过所述控制电压产生器的输出电压对所述可控增益放大器的增益进行控制。

6.如权利要求1所述的高速工业通信系统，其中，所述节点设备包括一个发送端和一个接收端，所述发送端和接收端通过双绞线构成第一传输端口，所述第一传输端口连接到所述两线制环形现场总线上。

7.如权利要求2所述的高速工业通信系统，其中，所述节点设备包括一个发送端和一个接收端，所述发送端和接收端通过双绞线构成第一传输端口，所述第一传输端口通过三个一分二连接器连接到所述两条两线制环形现场总线上。

8.根据权利要求1所述的高速工业通信系统，其中，所述节点设备的传输端口通过一个一分二连接器连接到一条所述两线制环形现场总线上。

9.如权利要求1所述的高速工业通信系统，其中，所述两条两线制环形现场总线互为备份，实现所述节点设备之间的通信。

10.如权利要求1所述的高速工业通信系统，所述节点设备按照分配的时隙在所述两线制环形现场总线上接收和发送信号。

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