CN112839000A - 符号带宽可变的高速工业总线系统及符号带宽的改变方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供符号带宽可变的高速工业总线系统及符号带宽的改变方法。所述高速工业总线系统采用OFDM通信体制，所述OFDM的符号带宽可变。本申请实施例提供的技术方案，使得高速工业总线系统的可变符号带宽设计可以适应于不同传输距离场景，提高带宽利用率。

Description

符号带宽可变的高速工业总线系统及符号带宽的改变方法
技术领域
本申请涉及高速工业通信系统通信技术领域，具体涉及符号带宽可变的高速工业总线系统及符号带宽的改变方法。
背景技术
现有工业总线系统大都采用基带传输，没有采用OFDM通信体制。而采用OFDM通信体制的工业总线系统，传输距离越远，多径延时越大，相干带宽越小；传输距离越近，多径延时越小，相干带宽越大。当信号带宽大于相干带宽时，会出现频率选择性衰落现象，即相干带宽外的信号衰减严重、信号质量差，导致信号带宽利用率低。
发明内容
本申请实施例提供了一种符号带宽可变的高速工业总线系统，其特征在于，所述高速工业总线系统采用OFDM通信体制，所述OFDM的符号带宽可变。
根据一些实施例，所述符号带宽为B＝Nc·Δf，其中，Nc为一个符号的子载波个数，Δf为子载波间隔。
根据一些实施例，通过改变所述子载波个数改变所述符号带宽。
根据一些实施例，通过改变所述子载波间隔改变所述符号带宽。
根据一些实施例，通过改变所述子载波个数和所述子载波间隔改变所述符号带宽。
根据一些实施例，所述符号带宽等比例变化。
根据一些实施例，所述符号带宽以2的整数次幂的倍数变化。
根据一些实施例，根据传输距离，选择所述符号带宽的宽度。
本申请实施例还提供一种高速工业总线系统的符号带宽的改变方法。
所述方法包括：基于传输环境，确定高速工业总线系统的OFDM的目标符号带宽；获取所述OFDM的子载波个数或/和子载波间隔；改变子载波个数或/和子载波间隔，以改变所述OFDM的符号带宽为所述OFDM的目标符号带宽。
根据一些实施例，所述传输环境包括传输距离。
本申请实施例提供的技术方案，使得高速工业总线系统的可变符号带宽设计可以适应于不同传输距离场景，提高带宽利用率。
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是本申请提供的一种OFDM通信体制时间粒度示意图。
图2是本申请提供的一种OFDM符号的频域结构示意图。
图3是本申请提供的一种改变符号带宽的方法流程示意图。
图4是本申请提供的一种高速工业总线系统的符号带宽的改变方法流程示意图之一。
图5是本申请提供的一种通过改变子载波个数改变符号带宽的示意图。
图6是本申请提供的一种高速工业总线系统的符号带宽的改变方法流程示意图之二。
图7是本申请提供的一种通过改变子载波间隔改变符号带宽的示意图。
图8是本申请提供的一种高速工业总线系统的符号带宽的改变方法流程示意图之三。
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，减少传输时间，避免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。
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。
由于采用了OFDM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。
本申请的高速工业总线系统采用OFDM通信体制，OFDM的符号带宽可变。本申请的高速工业总线可称为Autbus总线，也可称为两线制总线，也称为现场宽带总线、两线制工业控制总线等。
在高速工业总线系统中，时域上，一帧由Nsym个符号组成，如图1所示。在频域上，一个符号由Nc个子载波组成，子载波间隔为Δf，符号带宽为B＝Nc·Δf，如附图2所示。
在频域，符号带宽B、子载波间隔Δf和子载波个数Nc均可变，其余参数不变，比如导频结构不变。
在时域上，符号长度Tsym随子载波个数Nc正比例变化，其余参数不变，比如一帧的符号个数Nsym不变，每个符号的循环前缀CP占一个符号长度的比值不变。
在高速工业总线系统中，通过改变子载波个数或/和子载波间隔改变高速工业总线系统的OFDM的符号带宽，如图3所示。
在S110中，基于传输环境，确定高速工业总线系统的OFDM的目标符号带宽。
在其他条件不变的情况下，传输距离越远，多径延时越大，相干带宽越小，传输距离越近，多径延时越小，相干带宽越大。
可选地，传输环境包括传输距离。
具体而言，当信号带宽大于相干带宽时，会出现频率选择性衰落现象，即相干带宽外的信号衰减严重、信号质量差，导致信号带宽利用率低。因此，在远距离传输时选择较小的子载波间隔Δf，传输距离越远，信道衰减越严重。在远距离传输应用场景中可以选择窄的符号带宽B。在近距离传输应用场景中可以选择较宽的符号带宽B。
在S120中，获取OFDM的子载波个数或/和子载波间隔。
在高速工业总线系统中，时域上，一帧由Nsym个符号组成，在频域上，一个符号由Nc个子载波组成，子载波间隔为Δf，OFDM的符号带宽为B＝Nc·Δf。
可见，要改变OFDM的符号带宽B，可以获取OFDM的子载波个数或/和子载波间隔，通过改变子载波个数Nc或/和子载波间隔Δf来实现。
在S130中，改变子载波个数或/和子载波间隔，以改变OFDM的符号带宽为OFDM的目标符号带宽。
设备本身都支持这几种模式，在使用过程中通过上层软件进行参数配置选择所需要的模式，配置时根据系统对传输距离的要求、系统对实时性的要求、数据传输量、响应时间等选择符号带宽的宽度。
本申请实施例提供的技术方案，使得高速工业总线系统的可变符号带宽设计可以适应于不同传输距离场景，提高带宽利用率。
图4是本申请提供的一种高速工业总线系统的符号带宽的改变方法流程示意图。
在S210中，基于传输环境，确定高速工业总线系统的OFDM的目标符号带宽。
在其他条件不变的情况下，传输距离越远，多径延时越大，相干带宽越小，传输距离越近，多径延时越小，相干带宽越大。
可选地，传输环境包括传输距离。
具体而言，当信号带宽大于相干带宽时，会出现频率选择性衰落现象，即相干带宽外的信号衰减严重、信号质量差，导致信号带宽利用率低。因此，在远距离传输时选择较小的子载波间隔Δf，传输距离越远，信道衰减越严重。在远距离传输应用场景中可以选择窄的符号带宽B。在近距离传输应用场景中可以选择较宽的符号带宽B。
在S220中，获取OFDM的子载波个数。
在高速工业总线系统中，时域上，一帧由Nsym个符号组成，在频域上，一个符号由Nc个子载波组成，子载波间隔为Δf，OFDM的符号带宽为B＝Nc·Δf。
可见，要改变OFDM的符号带宽B，可以获取OFDM的子载波个数，通过改变子载波个数Nc来实现。
在S230中，改变子载波个数，以改变OFDM的符号带宽为OFDM的目标符号带宽。
具体而言，固定子载波间隔Δf，改变子载波个数Nc，以改变OFDM的符号带宽。
根据一些实施例，有两种可配模式：模式0和模式1。两种模式的子载波间隔Δf均为20kHz。
模式0的子载波个数Nc为1024，符号带宽B为20.48MHz。模式1的子载波个数Nc为2048，符号带宽B为40.96MHz，如附图5和表1所示。
表1
模式 子载波间隔Δf 子载波个数Nc 符号带宽B
0 20kHz 1024 20.48MHz
1 20kHz 2048 40.96Hz
可选地，符号带宽等比例变化。
根据一些实施例，符号带宽2倍等比例变化，有三种可配模式：模式0、模式1和模式2。三种模式的子载波间隔Δf均为20kHz。
模式0的子载波个数Nc为1024，符号带宽B为20.48MHz。模式1的子载波个数Nc为2048，符号带宽B为40.96MHz。模式2的子载波个数Nc为4096，符号带宽B为81.92MHz，如表2所示。
表2
模式 子载波间隔Δf 子载波个数Nc 符号带宽B
0 20kHz 1024 20.48MHz
1 20kHz 2048 40.96Hz
2 20kHz 4096 81.92Hz
可选地，符号带宽以2的整数次幂的倍数变化。
根据一些实施例，符号带宽以2的2次方的倍数变化，有三种可配模式：模式0、模式1和模式2。三种模式的子载波间隔Δf均为20kHz。
模式0的子载波个数Nc为1024，符号带宽B为20.48MHz。模式1的子载波个数Nc为4096，符号带宽B为81.92MHz。模式2的子载波个数Nc为16384，符号带宽B为327.68MHz，如表3所示。
表3
Figure BDA0002872504950000071
Figure BDA0002872504950000081
图6是本申请提供的一种高速工业总线系统的符号带宽的改变方法流程示意图。
在S310中，基于传输环境，确定高速工业总线系统的OFDM的目标符号带宽。
在其他条件不变的情况下，传输距离越远，多径延时越大，相干带宽越小，传输距离越近，多径延时越小，相干带宽越大。
可选地，传输环境包括传输距离。
具体而言，当信号带宽大于相干带宽时，会出现频率选择性衰落现象，即相干带宽外的信号衰减严重、信号质量差，导致信号带宽利用率低。因此，在远距离传输时选择较小的子载波间隔Δf，传输距离越远，信道衰减越严重。在远距离传输应用场景中可以选择窄的符号带宽B。在近距离传输应用场景中可以选择较宽的符号带宽B。
在S320中，获取OFDM的子载波间隔。
在高速工业总线系统中，时域上，一帧由Nsym个符号组成，在频域上，一个符号由Nc个子载波组成，子载波间隔为Δf，OFDM的符号带宽为B＝Nc·Δf。
可见，要改变OFDM的符号带宽B，可以获取OFDM的子载波间隔，通过改变子载波间隔Δf来实现。
在S330中，通过改变子载波间隔改变高速工业总线系统的OFDM的符号带宽。
在在高速工业总线系统中，时域上，一帧由Nsym个符号组成，在频域上，一个符号由Nc个子载波组成，子载波间隔为Δf，OFDM的符号带宽为B＝Nc·Δf。
具体而言，固定子载波个数Nc，改变子载波间隔Δf，以改变OFDM的符号带宽。
根据一些实施例，有两种可配模式：模式0和模式1。两种模式的子载波个数Nc均为1024。
模式0的子载波间隔Δf为10kHz，符号带宽B为10.24MHz。模式1的子载波间隔Δf为20kHz，符号带宽B为20.48MHz，如图7和表2所示。
表4
模式 子载波间隔Δf 子载波个数Nc 符号带宽B
0 10kHz 1024 10.24MHz
1 20kHz 1024 20.48MHz
可选地，符号带宽等比例变化。
根据一些实施例，符号带宽2倍等比例变化，有三种可配模式：模式0、模式1和模式2。三种模式的子载波间隔个数Nc均为1024。
模式0的子载波间隔Δf为10kHz，符号带宽B为10.24MHz。模式1的子载波间隔Δf为20kHz，符号带宽B为20.48MHz，模式2的子载波间隔Δf为40kHz，符号带宽B为40.92MHz，如表5所示。
表5
模式 子载波间隔Δf 子载波个数Nc 符号带宽B
0 10kHz 1024 10.24MHz
1 20kHz 1024 20.48Hz
2 40kHz 1024 40.92Hz
可选地，符号带宽以2的整数次幂的倍数变化。
根据一些实施例，符号带宽以2的2次方的倍数变化，有三种可配模式：模式0、模式1和模式2。三种模式的子载波间隔个数Nc均为1024。
模式0的子载波间隔Δf为10kHz，符号带宽B为10.24MHz。模式1的子载波间隔Δf为40kHz，符号带宽B为40.92MHz，模式2的子载波间隔Δf为160kHz，符号带宽B为163.68MHz，如表6所示。
表6
模式 子载波间隔Δf 子载波个数Nc 符号带宽B
0 10kHz 1024 10.24MHz
1 40kHz 1024 40.92Hz
2 160kHz 1024 163.68Hz
图8是本申请提供的一种高速工业总线系统的符号带宽的改变方法流程示意图。
在S410中，基于传输环境，确定高速工业总线系统的OFDM的目标符号带宽。
在其他条件不变的情况下，传输距离越远，多径延时越大，相干带宽越小，传输距离越近，多径延时越小，相干带宽越大。
可选地，传输环境包括传输距离。
具体而言，当信号带宽大于相干带宽时，会出现频率选择性衰落现象，即相干带宽外的信号衰减严重、信号质量差，导致信号带宽利用率低。因此，在远距离传输时选择较小的子载波间隔Δf，传输距离越远，信道衰减越严重。在远距离传输应用场景中可以选择窄的符号带宽B。在近距离传输应用场景中可以选择较宽的符号带宽B。
在S420中，获取OFDM的子载波个数和子载波间隔。
在高速工业总线系统中，时域上，一帧由Nsym个符号组成，在频域上，一个符号由Nc个子载波组成，子载波间隔为Δf，OFDM的符号带宽为B＝Nc·Δf。
可见，要改变OFDM的符号带宽B，可以获取OFDM的子载波个数和子载波间隔，通过改变子载波个数Nc和子载波间隔Δf来实现。
在S430中，通过改变子载波个数和子载波间隔改变高速工业总线系统的OFDM的符号带宽。
在在高速工业总线系统中，时域上，一帧由Nsym个符号组成，在频域上，一个符号由Nc个子载波组成，子载波间隔为Δf，OFDM的符号带宽为B＝Nc·Δf。
具体而言，同时改变子载波间隔Δf和子载波个数Nc，以改变OFDM的符号带宽。
有三种可配模式：模式0、模式1、模式3。三种模式的子载波间隔Δf和符号带宽B如表3所示。
表3
模式 子载波间隔Δf 子载波个数Nc 符号带宽B
0 20kHz 1024 20.48MHz
1 20kHz 2048 40.96MHz
2 40kHz 1024 40.96MHz
本申请实施例提供的技术方案，使得高速工业总线系统的可变符号带宽设计可以适应于不同传输距离场景，提高带宽利用率。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种符号带宽可变的高速工业总线系统，其特征在于，所述高速工业总线系统采用OFDM通信体制，所述OFDM的符号带宽可变。
2.根据权利要求1所述的高速工业总线系统，其特征在于，所述符号带宽为B＝Nc·Δf，其中，Nc为一个符号的子载波个数，Δf为子载波间隔。
3.根据权利要求1所述的高速工业总线系统，其特征在于，通过改变所述子载波个数改变所述符号带宽。
4.根据权利要求1所述的高速工业总线系统，其特征在于，通过改变所述子载波间隔改变所述符号带宽。
5.根据权利要求1所述的高速工业总线系统，其特征在于，通过改变所述子载波个数和所述子载波间隔改变所述符号带宽。
6.根据权利要求1所述的高速工业总线系统，其特征在于，所述符号带宽等比例变化。
7.根据权利要求1所述的高速工业总线系统，其特征在于，所述符号带宽以2的整数次幂的倍数变化。
8.根据权利要求1所述的高速工业总线系统，其特征在于，根据传输距离，选择所述符号带宽的宽度。
9.一种高速工业总线系统的符号带宽的改变方法，其特征在于，所述方法包括：
基于传输环境，确定高速工业总线系统的OFDM的目标符号带宽；
获取所述OFDM的子载波个数或/和子载波间隔；
改变子载波个数或/和子载波间隔，以改变所述OFDM的符号带宽为所述OFDM的目标符号带宽。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述传输环境包括传输距离。
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