CN113098557A - 一种数据帧发送/接收方法、系统及其调制协商方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种数据帧发送/接收方法、系统及其调制协商方法，数据帧发送/接收方法包括：发送/接收承载数据的数据帧，其中，所述数据帧由前导码时隙、保护时隙、序号时隙、应用数据时隙组成。本发明还提供一种数据帧发送/接收系统，所述系统包括：发送/接收单元，用于发送/接收承载数据的数据帧；存储单元，用于存储数据帧，其中，所述数据帧由前导码时隙、保护时隙、序号时隙、应用数据时隙组成。本发明的基于数据帧发送/接收方法和系统，通过对数据帧分为四个功能时隙，在每个时隙中发送端与接收端对数据同步处理，使得传输过程抗干扰能力较强，同时得到的数据误码率低，稳定性好。

Description

一种数据帧发送/接收方法、系统及其调制协商方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及一种数据帧发送/接收方法、系统及其调制协商方法。

背景技术

目前的通信技术大多采用400M、800M和电力线耦合通信方式，电力线载波耦合方式是电力线载波信号通过耦合装置与电力线连接的方式。

载波机与电力线之间最早采用天线耦合，后来改用电容器耦合，由于其祸合效率高，多年来沿用至今。如按祸合装置的接线方式分类主要有相地耦合方式和相相祸合方式。虽然设备上较经济。且在一条线上可以组织较多的通道，但传输衰减较大。当耦合相发生短路接地故障时，通道可靠性较差。相相栩合方式在耦合点上需装两台包合电和两个线路阻波器。与相地报合方式比较，虽然设加一倍，但传输衰减较小，线路故障时可靠性较高发信号干扰较小。为解决长距离、高电压电力线载道传艳衰减大的矛盾，国内外均采用相相祸合方保证重要通道传输的可靠性。对于同杆架设的双力线路，也可利用每一回路的一根导线组成相相翁这样即使一回线不送电并接地，通道也不致中断器增毛通以电卜湘归收日议州合。常规通信方案中链路预算较低、抗干扰能力差、传输距离短。

传统的数据传输通过帧结构实现，帧结构包括若干子时隙结构，传统的帧结构进行数据传输抗干扰能力差，发送端与接收端时间不同步，传输过程简单，因此传输后的数据稳定性较差，误码率较高。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种数据帧发送/接收方法，包括：

发送/接收承载数据的数据帧，其中，所述数据帧由前导码时隙、保护时隙、序号时隙、应用数据时隙组成。

进一步的，所述前导码时隙中发送/接收前导码；

所述序号时隙中发送/接收带有扩频因子调制表符号的指引数值。

进一步的，所述数据帧由依次设置的前导码时隙、保护时隙、序号时隙、应用数据时隙组成。

本发明还提供一种数据帧发送/接收系统，所述系统包括：

发送/接收单元，用于发送/接收承载数据的数据帧；

存储单元，用于存储数据帧，其中，所述数据帧由前导码时隙、保护时隙、序号时隙、应用数据时隙组成。

进一步的，所述前导码时隙中发送/接收前导码；

所述序号时隙中发送/接收带有扩频因子调制表符号的指引数值。

本发明还提供一种数据调制协商方法，所述方法包括：

发送端发送前导码至接收端；

接收端根据所述前导码计算误码率，根据所述误码率查表获得扩频因子，并向发送端发送与所述扩频因子对应的指引数值；

发送端接收所述指引数值，并根据所述指引数值查表获得扩频因子；

发送端利用所述扩频因子对应的扩频参数对应用数据调制。

进一步的，所述扩频因子包括线性调制扩频因子和直接序列扩频因子。

进一步的，发送端在保护时隙结束后接收所述指引数值。

进一步的，发送端利用所述扩频因子对应的扩频参数对应用数据调制包括：

对应用数据添加循环冗余校验，并将添加后的应用数据使用信道编码；

将信道编码后的应用数据进行直接序列扩频；

对直接序列扩频后的应用数据进行帧映射；

对帧映射后的应用数据进行线性调制扩频串并转换；

使用查表获得的线性调制扩频因子对串并转换后的应用数据进行调制，并通过模拟方式发送应用数据。

本发明的基于数据帧发送/接收方法和系统，通过将数据帧分为四个功能时隙，在每个时隙中发送端与接收端对数据同步处理，使得传输过程抗干扰能力较强，同时得到的数据误码率低，稳定性好。本发明的数据协商方法、系统、终端，将线性调频调制技术与直接序列扩频技术相结合，系统能够在低信噪比正确解调，系统链路预算大，抗干扰能力强，确保了在较低信噪比条件下有较高的可靠性，同时具备高链路预算和低信噪比解调的特点。通过发送端与接收端之间的调制协商过程，获得扩频因子，并且通过将线性调制扩频技术与直接序列扩频技术相结合的方式进行数据发送与接收，线性调制扩频和直接序列扩频相结合后，使用增加直接序列扩频因子的方法来增加系统可靠性。直接序列扩频因子增加1，每个码片仅带来一个码元的时间展宽，对于系统来说，扩频步长更小，可以更充分的利用资源。系统能够在低信噪比时正确解调，系统链路预算大，抗干扰能力强，确保了在较低信噪比条件下有较高的可靠性。此外，本发明的调制方式根据当时信道的条件进行选择，调制方式可灵活配置，无需重启。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本发明实施例时隙结构图；

图2为本发明实施例调制协商过程流程图；

图3为本发明实施例调制协商过程具体流程图；

图4为本发明实施例发送端调制方式过程流程图；

图5为本发明实施例接收端调制方式过程流程图；

图6为本发明实施例应用数据发送过程流程图；

图7为本发明实施例应用数据接收过程流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中以重载列车之间的通信为例进行举例说明，在不脱离本发明实质保护范围的通信协商方式，均在本发明的保护范围之内。重载列车运行的区段通常没有地面网络覆盖，如何实现重载列车在无通信基础设施覆盖地区位置的实时信息交互，提高重载列车点对点通信的可靠性，对于提高重载列车的运能和运力，增加运输效率有重要的意义。

频分复用(FDM，Frequency Division Multiplexing)就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带（或称子信道），每一个子信道传输1路信号。频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和，同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，应在各子信道之间设立隔离带，这样就保证了各路信号互不干扰（条件之一）。频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作，每一路信号传输时可不考虑传输时延，因而频分复用技术取得了非常广泛的应用。

图2为本发明实施例调制协商过程流程图，图2中，发送端发送前导码至接收端；接收端根据前导码计算误码率，根据误码率查表获得扩频因子，并向发送端发送与扩频因子对应的指引数值；发送端接收指引数值，并根据指引数值查表获得扩频因子；发送端利用扩频因子对应的扩频参数对应用数据调制。通过上述调制协商过程，本发明在低信噪比条件下有较高的可靠性，同时具备高链路预算和低信噪比解调的特点。通过发送端与接收端之间的调制协商过程，获得扩频因子，并且通过将线性调制扩频技术与直接序列扩频技术相结合的方式进行数据发送与接收，线性调制扩频和直接序列扩频相结合后，使用增加直接序列扩频因子的方法来增加系统可靠性，系统能够在低信噪比时正确解调，系统链路预算大，抗干扰能力强，确保了在较低信噪比条件下有较高的可靠性。

为了更好的说明本发明的通信协商方式，本发明实施例中还提供一种数据发送方法，包括：发送端发送前导码至接收端；发送端接收来自接收端发送的反馈指引数值，并根据所述指引数值查表获得扩频因子；发送端利用所述扩频因子对应的扩频参数对应用数据调制。

本发明实施例中还提供一种数据调制接收方法，包括：接收端接收来自发送端发送的前导码；接收端根据所述前导码计算误码率，根据误码率查表获得扩频因子，并向发送端发送与扩频因子对应的指引数值；接收端根据扩频因子对应的扩频参数接收应用数据。

示例性地，本发明以两个车载电台的通信系统为例进行说明，发送端车载电台1使用f₁频点发送，f₂频点接收，接收端车载电台2使用f₂频点发送，f₁频点接收，发送和接收分为两部分。步骤一：根据前导码的误码率获得调制方式；步骤二：使用上述调制方式发送应用数据。本发明实施例中采用两个车载电台的通信进行举例说明，实际应用过程中，两个通信设备之间的连接通信，在不脱离本发明实施例的通信本质的内容，均在本发明的保护范围之内。

数据传输通过帧结构实现，帧结构由时隙组成，通过帧中划分不同时隙结构，分配数据传输功能，本发明基于发送端和接收端四个子时隙结构进行数据发送和接收，具体如下：

图1示出了本发明实施例时隙结构图，图1中，发送端时隙和接收端时隙以f₁频点为例，如图1中A部分所示，为电台1发送端的时隙结构，其中一帧由四个子时隙构成，T0为子时隙初始节点，T_pr为发送导频发送时隙，T_gap为保护时隙，T_ind为序号接收时隙，T_info为应用数据发送时隙；如图1的B部分所示，为电台2接收端的时隙结构，其中一帧由四个子时隙构成，T0为子时隙初始节点，T_pr为接收导频发送时隙，T_gap为保护时隙，T_ind为序号发送时隙，T_info为应用数据接收时隙。

图1中，G表示保护时隙。在发送导频发送时隙中，发送端电台1发送一串序列已知前导码（Preamble），对此前导码进行正交相移编码（QPSK）,然后发送给接收端电台2。接收端电台2在前导码时隙中接收此前导码，发送端电台2解调接收到的前导码，根据已知前导码序列与解调后的前导码计算误码率，同时根据误码率查表获得线性调制扩频的扩频因子以及直接序列扩频的扩频因子，并形成携带有此扩频因子的调制表符号的Index指引数值（带有扩频因子序号的指引数值）；

发送导频发送时隙之后为保护时隙，保护时隙保证发送端与接收端数据链路互不干扰，同时保证数据传输系统的稳定性。

保护时隙之后为序号接收时隙或者序号发送时隙，此时序号发送时隙中接收端向发送端反馈Index指引数值，同步地，序号接收时隙中，发送端接收发送端反馈的Index指引数值；

接着，序号接收时隙后为数据发送时隙，序号发送时隙之后为数据接收时隙，在数据发送时隙中发送端电台1基于Index指引数值查表获得线性调制扩频因子以及直接序列扩频因子进行调制，发送应用数据，接收端电台2基于查表获得的线性调制扩频因子（ChirpSF）及直接序列扩频因子（DSSS SF）完成解扩及数据接收过程。

基于上述数据发送与接收方法，整个过程为一种数据调制协商方法，图3示出了本发明实施例调制协商过程具体流程图：

发送端电台1使用正交相移编码方式调制并发送前导码；

接收端电台2通过解调接收到的电台1发送的前导码，并根据已知前导码序列计算误码率；

接收端电台2根据计算好的误码率查表获得Chirp调制的扩频因子及直接序列扩频的扩频因子，并向电台1发送指引的Index数值，此Index数值为带有扩频因子序号的指引数值；

发送端电台1根据接收到的Index数值查表获得线性调制扩频的扩频因子及直接序列扩频的扩频因子；

发送端电台1使用查表获得的扩频因子对应的扩频参数对应用数据进行调制，并将调制好的应用数据向接收端电台2发送；

电台2根据查表得到的扩频参数对电台1发送的应用数据解调，解调后接收应用数据。

基于上述调制协商过程，本发明实施例中还提供了发送端调制方式过程流程图，如图4所示，发送端的调制协商方式如下：

发送端电台1使用QPSK调制方式调制并发送前导码（发送端和接收端前导码序列已知）；

发送端电台1在在保护时隙结束后接收调制方式的序号，调制方式为Chirp SF=max（线性调制扩频的扩频因子的最大值）；

发送端电台1接收指引数值，查表获得Chirp调制的扩频因子及直序扩频的扩频因子；

发送端电台1扩频因子对应的扩频参数对应用数据调制，并向电台2发送应用数据。

基于上述调制协商过程，图5为本发明实施例接收端调制方式过程流程图，接收端的调制协商方式如下：

接收端电台2解调接收到的前导码，通过与已知的前导码序列比对，计算出误码率，其中调制方式为QPSK；

接收端根据计算的误码率查表获得线性调制扩频的扩频因子以及直接序列扩频因子，在保护时隙结束后，根据误码率获得Chirp调制的扩频因子及直序扩频的扩频因子；

向发送端电台1发送带有调制表序号的确认字符（ACK，Acknowledgement）），调制方式为Chirp SF=max；

使用接收端根据计算的误码率查表获得线性调制扩频的扩频因子以及直接序列扩频因子对应的扩频参数接收发送端电台1发送的应用数据。

发送端基于扩频因子调制扩频发送应用数据的过程，降低了误码率，使用相同的扩频倍数时，比其他的扩频效果更好，如图6所示，具体过程如下：

1.1、发送端电台1，获得要发送的应用数据；

1.2、添加循环冗余校验（CRC），校验数据传输是否出现错误，保证数据传输的正确性和完整性；

1.3、将经过CRC处理过的应用数据使用1/3Turbo信道编码；

1.4、将编码后的应用数据按照之前查表获得的直接序列扩频因子进行扩频；

1.5、对直接序列扩频后的应用数据进行帧映射，使得数据流从发送端帧结构映射到接收端帧结构中；

1.6、根据线性调制扩频因子对步骤1.4中的进行直接序列扩频后的数据进行串并转换；

1.7、使用查表获得的线性调制扩频因子进行调制；

1.8、通过模拟方式发送。

发送端电台1将数据发送出去后，接收端电台2同步进行应用数据接收过程，降低了误码率，使用相同的扩频倍数时，比其他的扩频效果更好，参照图7所示，具体过程如下：

2.1、接收发送端电台1发送的应用数据，通过线性调制扩频方式解调；

2.2、将通过线性调制解调后的数据进行串并转换；

2.3、利用上述调制协商过程中查表获得的直接序列扩频的扩频因子将步骤2.2中的数据再次进行解扩频；

2.4、对解扩后的数据进行Turbo译码；

2.5、进行循环冗余校验（CRC），如果CRC校验通过，将解调后的应用数据传递给数据应用层，否则将数据丢弃。

本发明还提供一种数据协商系统，包括：发送端和接收端，其中：

发送端用于发送前导码至接收端；

接收端用于根据所述前导码计算误码率，根据所述误码率查表获得扩频因子，并向发送端发送与所述扩频因子对应的指引数值；

发送端用于接收所述指引数值，并根据所述指引数值查表获得扩频因子；发送端用于利用所述扩频因子对应的扩频参数对应用数据调制。

进一步的，为了更好的对本发明的协商方法进行描述，本发明实施例中还提供一种终端，包括：

调制单元、前导码发送单元、扩频单元、接收反馈单元、查表单元、前导码接收单元、解调单元、误码率计算单元、反馈单元、解扩单元，其中：

所述调制单元用于对前导码进行调制；所述前导码发送单元用于将调制后的前导码发送至前导码接收单元；所述接收反馈单元用于接收指引数值；所述查表单元用于查表获得扩频因子；所述扩频单元用于对应用数据进行调制扩频；

所述前导码接收单元用于接收前导码；所述解调单元用于对前导码进行解调；所述误码率计算单元用于计算误码率；所述反馈单元用于向发送端发送指引数值；所述解扩单元用于对应用数据进行解扩频。

进一步的，所述终端还包括循环冗余校验单元、串并转换单元；其中，所述循环冗余校验单元用于对发送/接收的应用数据进行循环冗余校验；所述串并转换单元用于实现信道中应用数据的串行和并行转换。

进一步的，所述终端还包括信道编码单元、数据映射器；其中，所述信道编码单元用于对应用数据进行Turbo信道编码；所述数据映射器用于将输入端应用数据映射到接收端应用数据的帧上；所述终端还包括信道译码单元，所述信道译码单元用于对应用数据进行Turbo信道译码。

本发明的数据协商方法、系统、终端，将线性调频调制技术与直接序列扩频技术相结合，系统能够在低信噪比正确解调，系统链路预算大，抗干扰能力强，确保了在较低信噪比条件下有较高的可靠性，同时具备高链路预算和低信噪比解调的特点。通过发送端与接收端之间的调制协商过程，获得扩频因子，并且通过将线性调制扩频技术与直接序列扩频技术相结合的方式进行数据发送与接收，线性调制扩频和直接序列扩频相结合后，使用增加直接序列扩频因子的方法来增加系统可靠性。直接序列扩频因子增加1，每个码片仅带来一个码元的时间展宽，对于系统来说，扩频步长更小，可以更充分的利用资源。系统能够在低信噪比时正确解调，系统链路预算大，抗干扰能力强，确保了在较低信噪比条件下有较高的可靠性。此外，本发明的调制方式根据当时信道的条件进行选择，调制方式可灵活配置，无需重启。

本发明包括基于特殊时隙结构的数据传输系统以及调制协商系统，数据的调制协商过程在时隙结构中实现，通过发送端与接收端实现数据传输与调制协商，本发明实施例中提供一种数据帧发送/接收方法，包括：发送/接收承载数据的数据帧，其中，数据帧由前导码时隙、保护时隙、序号时隙、应用数据时隙组成；前导码时隙中发送/接收前导码；序号时隙中发送/接收带有扩频因子调制表符号的指引数值。

进一步的，本发明的数据帧依次由前导码时隙、保护时隙、序号时隙、应用数据时隙组成。

本发明还提供一种数据帧发送/接收系统，系统包括：

发送单元，用于发送承载数据的数据帧；

存储单元，用于存储数据帧，其中，所述数据帧由前导码时隙、保护时隙、序号时隙、应用数据时隙组成。具体的，前导码时隙中发送/接收前导码；序号时隙中发送/接收带有扩频因子调制表符号的指引数值。

进一步的，本发明提供一种数据帧发送方法，包括：

发送承载数据的数据帧，其中，所述数据帧由前导码时隙、保护时隙、序号接收时隙、应用数据发送时隙组成；

前导码时隙中发送前导码；序号接收时隙中接收带有扩频因子调制表符号的指引数值。

本发明还提供一种数据帧接收方法，包括：

接收承载数据的数据帧，其中，所述数据帧由前导码时隙、保护时隙、序号发送时隙、应用数据接收时隙组成；

前导码时隙中接收前导码；序号发送时隙中发送带有扩频因子调制表符号的指引数值。

进一步地，四个子时隙在发送端为前导码时隙、保护时隙、序号接收时隙、应用数据发送时隙；

接收端分为前导码时隙、保护时隙、序号发送时隙、应用数据接收时隙。

其中，前导码时隙中实现对前导码的发送和接收；

保护时隙可以保证发送端与接收端数据链路互不干扰，同时保证数据传输系统的稳定性；

序号发送时隙中发送带有扩频因子调制表符号的指引数值；

序号接收时隙中接收带有扩频因子调制表符号的指引数值；

应用数据发送时隙中发送应用数据；

应用数据接收时隙中接收应用数据。

本发明实施例中还提供一种数据帧发送系统，所述系统包括：发送单元，用于发送承载数据的数据帧；存储单元，用于存储数据帧，其中，所述数据帧由前导码时隙、保护时隙、序号接收时隙、应用数据发送时隙组成。

具体的，前导码时隙用于发送前导码；序号接收时隙用于接收带有扩频因子调制表符号的指引数值；保护时隙用于保证发送端与接收端数据链路互不干扰，同时保证数据传输系统的稳定性；应用数据发送时隙用于发送应用数据。

本发明实施例中还提供一种数据帧接收系统，所述系统包括：接收单元，用于接收承载数据的数据帧；存储单元，用于存储数据帧，其中，所述数据帧由前导码时隙、保护时隙、序号发送时隙、应用数据接收时隙组成。

具体的，前导码时隙用于接收前导码；序号发送时隙用于发送带有扩频因子调制表符号的指引数值；保护时隙用于保证发送端与接收端数据链路互不干扰，同时保证数据传输系统的稳定性；应用数据接收时隙用于接收应用数据。

本发明通过将数据帧划分为四个不同的子时隙结构，基于四个不同的子时隙以及通过发送端与接收端之间的调制协商过程获得扩频因子，将Turbo信道编码与直序扩频技术和线性调制扩频技术相融合，设计出了长距离车车通信的高抗干扰的数据传输方法。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种数据帧发送/接收方法，其特征在于，包括：

发送/接收承载数据的数据帧，其中，所述数据帧由前导码时隙、保护时隙、序号时隙、应用数据时隙组成。

2.根据权利要求1所述的数据帧发送/接收方法，其特征在于，

所述前导码时隙中发送/接收前导码；

所述序号时隙中发送/接收带有扩频因子调制表符号的指引数值。

3.根据权利要求1所述的数据帧发送/接收方法，其特征在于，

所述数据帧由依次设置的前导码时隙、保护时隙、序号时隙、应用数据时隙组成。

4.一种数据帧发送/接收系统，其特征在于，所述系统包括：

发送/接收单元，用于发送/接收承载数据的数据帧；

存储单元，用于存储数据帧，其中，所述数据帧由前导码时隙、保护时隙、序号时隙、应用数据时隙组成。

5.根据权利要求4所述的数据帧发送/接收系统，其特征在于，

所述前导码时隙中发送/接收前导码；

所述序号时隙中发送/接收带有扩频因子调制表符号的指引数值。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述的数据帧进行数据调制协商的方法，其特征在于，所述方法包括：

发送端发送前导码至接收端；

接收端根据所述前导码计算误码率，根据所述误码率查表获得扩频因子，并向发送端发送与所述扩频因子对应的指引数值；

发送端接收所述指引数值，并根据所述指引数值查表获得扩频因子；

发送端利用所述扩频因子对应的扩频参数对应用数据调制。

7.根据权利要求6所述的数据调制协商方法，其特征在于，

所述扩频因子包括线性调制扩频因子和直接序列扩频因子。

8.根据权利要求6所述的数据调制协商方法，其特征在于，发送端在保护时隙结束后接收所述指引数值。

9.根据权利要求6所述的数据调制协商方法，其特征在于，发送端利用所述扩频因子对应的扩频参数对应用数据调制包括：

对应用数据添加循环冗余校验，并将添加后的应用数据使用信道编码；

将信道编码后的应用数据进行直接序列扩频；

对直接序列扩频后的应用数据进行帧映射；

对帧映射后的应用数据进行线性调制扩频串并转换；

使用查表获得的线性调制扩频因子对串并转换后的应用数据进行调制，并通过模拟方式发送应用数据。

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