CN113098814B - 信号处理方法及装置、通信系统、电子设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请提供高速工业通信系统的信号处理方法及装置、通信系统、电子设备及存储介质，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。所述方法包括发射信号处理方法和接收信号处理方法，发射信号处理方法用在发射链路，包括：获取基带采样率的第一数字OFDM信号；对第一数字OFDM信号插值滤波得到统一采样率的第二数字OFDM信号；对第二数字OFDM信号数模转换形成模拟OFDM信号；接收信号处理方法用于接收链路，是发射链路的逆操作。

Description

信号处理方法及装置、通信系统、电子设备及存储介质
技术领域
本申请涉及高速工业通信系统技术领域，具体涉及信号处理方法及装置、通信系统、电子设备及存储介质。
背景技术
现有工业控制总线系统传输带宽改变时，接口输入、输出的相应符号速率会改变，这就要求系统时钟需要设计为多个频率。特别是当这些频率之间不是整数倍对应关系时，会有很高复杂度，使得系统实现的难度和成本提高。
在两线工业总线通信场景，通常有不同传输距离或不同传输介质的通信需求。在长距离通信或使用某些传输介质时，高频衰减严重，实际可用传输带宽变小，只要求满足较低的数据速率，对应基带信号符号速率低。在短距离通信或使用其它一些传输介质时，高频衰减少，实际可用传输带宽大，要求满足数据高速传输，对应基带信号符号速率高。当系统的传输带宽可变时，信号的基带符号速率随着传输带宽按比例变化。
传统工业总线通常采用接口的输出/输入符号速率和信号的基带符号速率相同的设计方法，使得接口的输出/输入信号符号速率随着传输带宽改变。但是，这种设计方法会提高系统时钟电路的设计复杂度。
发明内容
本申请实施例提供一种高速工业通信系统的发射信号处理方法，用于发射链路，所述发射信号处理方法包括：获取与待发送数据流对应的调制信号；将所述调制信号分配到相应的有效子载波，所述有效子载波的数量不变；对所述调制信号进行逆快速傅里叶变换，形成第一数字OFDM信号，所述逆快速傅里 叶变换点数不变，所述第一数字OFDM信号的采样率为基带采样率，所述基带采样率与传输带的带宽相对应；对所述第一数字OFDM信号进行插值滤波得到统一采样率的第二数字OFDM信号；对所述第二数字 OFDM信号进行数模转换形成模拟OFDM信号。
根据一些实施例，所述对所述第一数字OFDM信号进行插值滤波得到统一采样率的第二数字OFDM信号，包括：计算所述统一采样率除以所述基带采样率得到的第一商，所述第一商为分数；按照第一整数因子对所述第一数字OFDM信号进行上采样得到第三数字OFDM信号，所述第一整数因子为第一商的分子；对所述第三数字OFDM信号进行FIR滤波，得到第四数字OFDM信号；对所述第四数字OFDM信号进行第二整数因子的抽取，得到所述第二数字OFDM信号，所述第二整数因子为所述第一商的分母。
根据一些实施例，所述对所述第一数字OFDM信号进行插值滤波得到统一采样率的第二数字OFDM信号，包括：计算所述统一采样率除以所述基带采样率得到的第一商，所述第一商为整数；按照所述第一商对所述第一数字OFDM信号进行上采样得到第三数字OFDM信号；对所述第三数字 OFDM信号进行FIR滤波，得到所述第二数字OFDM信号。
根据一些实施例，所述对所述第一数字OFDM信号进行插值滤波得到统一采样率的第二数字OFDM信号，包括：计算所述统一采样率除以所述基带采样率得到的第一商，所述第一商为2的整数幂指数；采用所述整数幂指数个级联HB内插器，对所述第一数字OFDM信号进行内插，得到所述第二数字OFDM信号；其中，每个所述HB内插器对输入信号进行2倍上采样和HB滤波。
根据一些实施例，所述对所述第一数字OFDM信号进行插值滤波得到统一采样率的第二数字OFDM信号，包括：计算所述统一采样率除以所述基带采样率得到的第一商；对所述第一数字OFDM信号进行所述第一商的 farrow内插，得到所述第二数字OFDM信号。
本申请实施例还提供一种高速工业通信系统的接收信号处理方法，用于接收链路，以接收如上所述的高速工业通信系统的发射信号处理方法形成的所述模拟OFDM信号，所述接收信号处理方法包括：获取所述模拟 OFDM信号；对所述模拟OFDM信号进行模数转换形成所述统一采样率的所述第二数字OFDM信号；对所述第二数字OFDM信号进行滤波抽取得到所述基带采样率的所述第一数字OFDM信号。
根据一些实施例，所述对所述第二数字OFDM信号进行滤波抽取得到所述基带采样率的所述第一数字OFDM信号，包括：计算所述基带采样率除以所述统一采样率得到的第二商，所述第二商为有理数，所述第二商的分子不为1；按照第二整数因子对所述第二数字OFDM信号进行上采样得到第四数字OFDM信号，所述第二整数因子为所述第二商的分子；对所述第四数字OFDM信号进行滤波，得到第三数字OFDM信号；对所述第三数字 OFDM信号进行第一整数因子的抽取，得到所述第一数字OFDM信号，所述第一整数因子为所述第二商的分母。
根据一些实施例，所述对所述第二数字OFDM信号进行滤波抽取得到所述基带采样率的所述第一数字OFDM信号，包括：计算所述基带采样率除以所述统一采样率得到的第二商，所述第二商为有理数，所述第二商的分子为1；按照所述第二商，对所述第二数字OFDM信号进行滤波，得到第三数字OFDM信号；对所述第三数字OFDM信号进行第一整数因子的抽取，得到所述第一数字OFDM信号，所述第一整数因子为所述第二商的分母。
根据一些实施例，所述对所述第二数字OFDM信号进行滤波抽取得到所述基带采样率的所述第一数字OFDM信号，包括：计算所述基带采样率除以所述统一采样率得到的第二商，所述统一采样率设置为所述基带采样率的2的整数幂指数；采用所述整数幂指数个级联HB滤波抽取器，对所述第二数字OFDM信号进行滤波抽取，得到所述第一数字OFDM信号；其中，每个所述HB滤波抽取器对输入信号进行HB滤波和2倍下采样。
根据一些实施例，所述对所述第二数字OFDM信号进行滤波抽取得到所述基带采样率的所述第一数字OFDM信号，包括：计算所述基带采样率除以所述统一采样率得到的第二商；对所述第二数字OFDM信号进行所述第二商的farrow内插，得到所述第一数字OFDM信号。
本申请实施例还提供一种高速工业通信系统的信号处理方法，包括：如上所述的发射信号处理方法和如上所述的接收信号处理方法。
本申请实施例还提供一种高速工业通信系统的发射信号处理装置，用于发射链路，所述发射信号处理装置包括调制信号获取模块、信号分配模块、信号处理器、插值滤波器、数模转换器，所述调制信号获取模块配置为获取与待发送数据流对应的调制信号；所述信号分配模块配置为将所述调制信号分配到相应的有效子载波，所述有效子载波的数量保持不变；所述信号处理器配置为对所述调制信号进行逆快速傅里叶变换，形成第一数字OFDM信号，所述逆快速傅里 叶变换点数保持不变，所述第一数字OFDM信号的采样率为基带采样率，所述基带采样率与传输带的带宽相对应；所述插值滤波器配置为对所述第一数字OFDM信号进行插值滤波得到统一采样率的第二数字OFDM信号；所述数模转换器配置为对所述第二数字OFDM信号进行数模转换形成模拟OFDM信号。
根据一些实施例，所述插值滤波器包括：多相滤波器。
本申请实施例还提供一种高速工业通信系统的接收信号处理装置，用于接收链路，以接收如上所述的高速工业通信系统的发射信号处理装置形成的所述模拟OFDM信号，所述接收信号处理装置包括模拟信号获取模块、模数转换器、滤波抽取器，所述模拟信号获取模块配置为获取所述模拟 OFDM信号；所述模数转换器配置为对所述模拟OFDM信号进行模数转换形成所述统一采样率的所述第二数字OFDM信号；所述滤波抽取器配置为对所述第二数字OFDM信号进行滤波抽取得到所述基带采样率的所述第一数字OFDM信号。
根据一些实施例，所述滤波抽取器包括：多相滤波器。
本申请实施例还提供一种高速工业通信系统，包括如上所述的发射信号处理装置和如上所述的接收信号处理装置。
本申请实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，当所述程序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。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序, 其中，当所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上所述的方法。
本申请实施例提供的技术方案，在OFDM信号处理中，采用发射端D/A 和接收端A/D模块使用统一的信号采样率的设计，数字处理部分根据可变的传输带宽，对相应变化的基带信号采样率按比例进行采样率变换，满足发射端D/A转换输入和接收端A/D模块使用统一采样率需求，使得系统既能满足工业现场总线不同传输距离的要求，又降低了系统实现的复杂度和成本。
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是本申请一实施例提供的一种高速工业通信系统的发射信号处理方法原理示意图；
图2是本申请一实施例提供的一种高速工业通信系统的接收信号处理方法原理示意图；
图3是本申请一实施例提供的一种高速工业通信系统的发射信号处理方法流程示意图；
图4是本申请一实施例提供的一种FIR插值滤波流程示意图；
图5是本申请一实施例提供的一种2的整数幂指数插值滤波流程示意图；
图6是本申请实施例提供的2的整数幂指数倍插值的发射链路框图；
图7是本申请一实施例提供的一种farrow插值滤波流程示意图；
图8是本申请一实施例提供的一种高速工业通信系统的接收信号处理方法流程示意图；
图9是本申请一实施例提供的一种FIR滤波抽取流程示意图；
图10是本申请一实施例提供的一种2的整数幂指数滤波抽取流程示意图；
图11是本申请实施例提供的2的整数幂指数滤波抽取的接收链路框图；
图12是本申请一实施例提供的一种farrow插值滤波流程示意图；
图13是本申请一实施例提供的一种信号处理方法流程示意图；
图14是本申请一实施例提供的一种高速工业通信系统的发射信号处理装置的功能组成框图；
图15是本申请一实施例提供的一种FIR插值滤波器功能组成框图；
图16是本申请一实施例提供的一种高速工业通信系统的接收信号处理装置功能组成框图；
图17是本申请一实施例提供的一种FIR滤波抽取器功能组成框图；
图18是本申请一实施例提供的一种高速工业通信系统功能组成框图；
图19是本申请一实施例提供的一种电子设备功能组成框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。
应当理解，本申请的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
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。
在OFDM系统中，传输的bit传输数据流经过映射器形成调制信息，串并转换后形成传送的信息进行传输。
本申请实施例提供的技术方案，基于OFDM调制的通信系统，实现系统的传输带宽可变时，通过调整子载波间隔Δf，而有效子载波数NSD不变的方法，使得系统传输带宽变化，同时IFFTsize(逆快速傅里叶变换点数)不变，采样率f1则会随着系统传输带宽正比例发生改变。
在发射链路中，数字OFDM处理部分根据可变的传输带宽，使用
Figure GDA0003868437930000061
Figure GDA0003868437930000062
的采样率变换器，对相应变化的基带信号采样率的数字OFDM信号进行
Figure GDA0003868437930000063
倍的采样率变换，得到统一采样率f2的数字OFDM信号，在发射端D/A转换的输入端输入统一采样率的信号，如图1所示，图1是本申请一实施例提供的一种高速工业通信系统的发射信号处理方法原理示意图。
在接收链路中，实施发射链路的逆操作。接收端A/D转换模块接收统一采样率的信号，在A/D输出之后，使用
Figure GDA0003868437930000064
倍的采样率变换器，得到基带采样率f1的数字信号，再进行基带信号处理，如图2所示，图2是本申请一实施例提供的一种高速工业通信系统的接收信号处理方法原理示意图。
当系统传输带宽可变时，基带信号采样率会随着传输带宽按比例变化。本申请在数字域使用较低的基带采样率f1进行基带数字信号处理。f1随着系统传输带宽改变，满足奈奎斯特采样定理。能够减小系统存储空间，提高信号处理速度，在DA/AD模块使用统一采样率f2。
这样，使得整个系统使用统一频率的时钟，简化了系统时钟电路的设计复杂度。同时满足发射端D/A转换输入和接收端A/D转换模块使用统一采样率需求。使得工业总线系统既能满足不同传输距离的要求，又能降低系统实现的复杂度和成本。
图3是本申请一实施例提供的一种高速工业通信系统的发射信号处理方法流程示意图，用于发射链路。
如图3所示，在S110中，获取与待发送数据流对应的调制信号。
在发射链路，获取待发送数据流，即bit流。将待发送数据流映射形成调制信号。
在S120中，将调制信号分配到相应的有效子载波，有效子载波的数量保持不变。
在S130中，对调制信号进行逆快速傅里叶变换，形成第一数字OFDM 信号，逆快速傅里 叶变换点数不变，第一数字OFDM信号的采样率为基带采样率，基带采样率f1与传输带的带宽相对应。
通过IFFT逆快速傅里叶变换生成时域信号，采样率为与传输带宽相对应的基带采样率f1，形成第一数字OFDM信号。整个过程中，保持传输的有效子载波的数量不变和逆快速傅里 叶变换点数不变。
在数字域使用较低的基带采样率f1的第一数字OFDM信号，进行基带数字信号处理。能够减小系统存储空间，提高信号处理速度。对第一数字 OFDM信号进行
Figure GDA0003868437930000071
倍的采样率变换，得到统一采样率f2的第二数字OFDM信号。对第二数字OFDM信号进行数模转换形成模拟OFDM信号。
如图3所示，在S140中，对第一数字OFDM信号进行插值滤波得到统一采样率的第二数字OFDM信号。
根据一些实施例，在D/A转换器输入之前，计算统一采样率除以基带采样率得到的第一商f2/f1。基于第一商f2/f1，对第一数字OFDM信号进行FIR 插值滤波或farrow插值滤波得到统一采样率的第二数字OFDM信号。使用
Figure GDA0003868437930000081
倍的插值滤波器，对基带信号进行采样率变换，得到统一采样率 f2的第二数字OFDM信号输出到D/A转换器。
具体而言，基带采样率f1根据系统配置参数也就是传输带的带宽可变，输出统一采样率f2为定值，则f2/f1可变。在实际系统中，f2/f1倍的插值滤波器有很多种实现方法。
计算统一采样率f2与基带采样率f1的第一商f2/f1的值。在传输带宽可变时，基带采样率f1随着传输带宽正比例发生改变。统一采样率f2设置为定值，所以二者的第一商f2/f1的值可变。
当第一商f2/f1为有理数时，使用
Figure GDA0003868437930000082
倍的FIR插值滤波方式，对基带信号进行采样率变换，得到统一采样率f2的第二数字OFDM信号输出到D/A 转换器。
当第一商f2/f1为任意值时，使用
Figure GDA0003868437930000083
倍的farrow插值滤波方式，对基带信号进行采样率变换，得到统一采样率f2的第二数字OFDM信号输出到 D/A转换器。
如图3所示，在S150中，对第二数字OFDM信号进行数模转换形成模拟OFDM信号。形成模拟OFDM信号后，进行数据传输。
本实施例提供的技术方案，数字处理部分根据可变传输带宽，对相应变化的基带信号采样率按比例进行采样率变换，在发射端D/A输入统一的信号采样率的信号，满足发射端D/A转换输入和接收端A/D模块使用统一采样率需求，使得系统既能满足工业现场总线不同传输距离的要求，又降低了系统实现的复杂度和成本。
图4是本申请一实施例提供的一种FIR插值滤波流程示意图。
结合图3和图4，根据一些实施例，图3的S140包括下述的S141、S142、 S143、S144。
如图4所示，在S141中，计算统一采样率f2除以基带采样率f1得到的第一商，第一商为分数。
如图4所示，在S142中，当第一商f2/f1为有理数L/M时，按照第一整数因子对第一数字OFDM信号进行上采样得到第三数字OFDM信号，第一整数因子L为统一采样率f2除以基带采样率f1的第一商的分子。
如图4所示，在S143中，对第三数字OFDM信号进行FIR滤波，得到第四数字OFDM信号。
根据一些实施例，使用FIR低通滤波器对第三数字OFDM信号进行滤波，消除镜像频率和混叠，得到第四数字OFDM信号。
如图4所示，在S144中，对第四数字OFDM信号进行第二整数因子M 的抽取，得到第二数字OFDM信号，第二整数因子为第一商的分母。
可选地，当第一商的分母M为1时，第一FIR插值滤波器对输入的第一数字OFDM信号按照整数因子L进行上采样和滤波，直接得到第二数字 OFDM信号。其中，上采样就是对前述的基带采样率采样的基础上进一步采样。
为了进一步简化实现复杂度，可以使用多相滤波器结构同时实现上述的上采样和滤波。
图5是本申请一实施例提供的一种2的整数幂指数插值滤波流程示意图。
结合图3、图5，根据一些实施例，图3的S140包括下述的S145、S146。
为了实现方便，通过系统设置子载波间隔Δf以2的整数幂指数变化实现传输带宽的改变，即变化因子为2-K，系统传输带宽则随着比例缩小2-K倍，相应 OFDM信号长度按比例增大为2K倍。
如图5所示，在S145中，计算统一采样率f2除以基带采样率f1得到的第一商，第一商为2的整数幂指数。
根据一些实施例，根据f2/f1的第一商取值为整数时，而且这个整数的值是2K，也就是说为了实现方便，这里设置统一采样率f2为基带采样率f1的2 的整数幂指数。采用级联HB(half-band，半带)内插方式进行插值滤波。
如图5所示，在S146中，采用整数幂指数个级联HB内插器对第一数字OFDM信号进行内插，得到第二数字OFDM信号。
每个HB内插器对输入的第一数字OFDM信号按照整数因子2进行上采样和滤波，整数幂指数K个级联HB内插器就上采样2的整数幂指数2K次，得到第二数字OFDM信号。其中，上采样就是对前述的基带采样率采样的基础上进一步采样。如图6所示，图6是本申请实施例提供的2的整数幂指数倍插值的发射链路框图。
根据一些实施例，为了进一步简化实现复杂度，可以使用多相滤波器结构同时实现上述的HB内插和滤波。
根据一些实施例，例如高速工业总线系统的采样率f2＝100MHz，子载波间隔
Figure GDA0003868437930000101
一个OFDM符号的子载波数N＝1280，IFFT点数 4096，循环前缀的长度为2048点。下边带距离基带的最小距离u＝64个子载波。
待发送的bit数据流经过映射得到调制信号X[k](k＝0，1，...，1279)。经过串/并转换，将X[0]～X[639]作为上边带数据，X[640]～X[1279]作为下边带数据。对数组 x[0]～x[4095]清0，把X[0]～X[1279]的数据放入数组x[64]～x[1343]。对x[0]～x[4095]的数据进行IFFT，并取实部，得到y[0]～y[4095]。取y[2048]～y[4095]作为循环前缀，和数据体y[0]～y[4095]形成第一数字OFDM信号Y[0]～Y[6143]。
根据一些实施例，对上述的数字OFDM信号Y[0]～Y[6143]进行2次HB内插滤波得到第二数字OFDM信号Y′[0]～Y′[24575]。最后进行数/模转换形成模拟 OFDM信号，进行数据传输。
本实施例提供的技术方案，采用级联的HB内插方法，结构简单，实现方便。为了进一步简化实现复杂度，可以使用多相滤波器结构同时实现上述的上采样和滤波。
图7是本申请一实施例提供的一种farrow插值滤波流程示意图。
结合图3和图7，根据一些实施例，图3的S140包括下述的S147、S148。
如图7所示，在S147中，计算统一采样率f2除以基带采样率f1得到的第一商。
如图7所示，在S148中，当第一商f2/f1为任意值时，对第一数字OFDM 信号进行farrow插值滤波得到统一采样率的第二数字OFDM信号。
图8是本申请一实施例提供的一种高速工业通信系统的接收信号处理方法流程示意图，用于接收链路，接收上述发射链路发出的模拟OFDM信号。
如图8所示，在S210中，获取模拟OFDM信号。
在接收端，接收发射端发送的模拟OFDM信号
如图8所示，在S220中，对模拟OFDM信号进行模数变换，得到统一采样率的第二数字OFDM信号。
在接收链路是发射链路的逆操作，通过A/D转换，得到统一采样率f2的第二数字OFDM信号。
如图8所示，在S230中，对第二数字OFDM信号进行滤波抽取得到基带采样率的第一数字OFDM信号。
根据一些实施例，在A/D转换之后，使用
Figure GDA0003868437930000111
倍的滤波抽取器，对第二数字OFDM信号进行采样率变换，得到基带采样率f1的第一数字OFDM 信号，再进行基带信号处理。在实际系统中，f1/f2倍的滤波抽取器有很多种实现方法。
计算基带采样率f1与统一采样率f2的第二商f1/f2的值。
当第二商f1/f2为有理数时，使用
Figure GDA0003868437930000112
倍的FIR滤波抽取方式，对第二数字OFDM信号进行采样率变换，得到基带采样率f1的第一数字OFDM信号，再进行基带信号处理。
当第二商f1/f2为任意值时，使用
Figure GDA0003868437930000121
倍的farrow插值滤波方式，对第二数字OFDM信号进行采样率变换，得到基带采样率f1的第一数字OFDM 信号，再进行基带信号处理。
本实施例提供的技术方案，在接收端A/D输入统一信号采样率的信号，满足发射端D/A转换输入和接收端A/D模块使用统一采样率需求，使得系统既能满足工业现场总线不同传输距离的要求，又降低了系统实现的复杂度和成本。
图9是本申请一实施例提供的一种FIR滤波抽取流程示意图。
结合图8和图9，根据一些实施例，图8的S230包括下述的S231、S232、 S233、S234。
如图9所示，在S231中，计算基带采样率f1与统一采样率f2的第二商 f1/f2的值，第二商f1/f2为有理数。
如图9所示，在S232中，当第二商f1/f2为有理数M/L时，按照第二整数因子对第二数字OFDM信号进行上采样得到第四数字OFDM信号，第二整数因子M为基带采样率f1除以统一采样率f2的第二商f1/f2的分子。
如图9所示，在S233中，对第四数字OFDM信号进行滤波，得到第三数字OFDM信号。
根据一些实施例，使用FIR低通滤波器对第四数字OFDM信号进行滤波，消除镜像频率和混叠，得到第三数字OFDM信号。
如图9所示，在S234中，对第三数字OFDM信号进行第一整数因子L 的抽取，得到第一数字OFDM信号，第一整数因子为第二商f1/f2的分母。
可选地，当第二商的分子M为1时，FIR滤波抽取器对输入的第二数字OFDM信号按照整数因子L进行滤波和抽取，得到第一数字OFDM信号。
根据一些实施例，为了进一步简化实现复杂度，可以使用多相滤波器结构同时实现上述的滤波和抽取。
图10是本申请一实施例提供的一种2的整数幂指数滤波抽取流程示意图。
结合图8、图10，根据一些实施例，图8的S230包括下述的S235、S236。
如图10所示，在S235中，计算基带采样率f1与统一采样率f2的第二商f1/f2的值，第二商f1/f2为有理数，统一采样率f2为基带采样率f1的2的整数幂指数。
根据一些实施例，统一采样率f2是基带采样率f1的整数倍时，而且这个整数的值是2K，也就是说为了实现方便，这里设置统一采样率f2为基带采样率f1的2的整数幂指数。采用级联HB(half-band，半带)滤波抽取方式进行滤波抽取。
如图10所示，在S236中，采用整数幂指数个级联HB滤波抽取器对第二数字OFDM信号进行滤波抽取，得到第一数字OFDM信号。
每个HB滤波抽取器对输入的第二数字OFDM信号按照整数因子2进行滤波和下采样，整数幂指数K个级联HB滤波抽取器就下采样整数幂指数2K次，得到第一数字OFDM信号。如图11所示，图11是本申请实施例提供的2的整数幂指数滤波抽取的接收链路框图。
根据一些实施例，获取模拟OFDM信号。对模拟OFDM信号进行A/D 转换，得到第二数字OFDM信号Y'[0]～Y'[24575]，并进行2次HB抽取得到数据Y[0]～Y[6143]。去除循环前缀，得到数据体Y[0]～Y[4095]，对数据体Y[0]～Y[4095]进行FFT傅里 叶变换，得到第一数字OFDM信号数据 x[0]～x[4095]。从数组x[0]～x[4095]选出x[64]～x[1343]放入数组x[0]～ x1279]。x[0]～x[639]为上边带数据，x[640]～x[1279]为下边带数据。将 X[k](k＝0，1，...，1279)并串转换，解映射得到二进制bit数据流。
本实施例提供的技术方案，采用级联的HB抽取方法，结构简单，实现方便。为了进一步简化实现复杂度，可以使用多相滤波器结构同时实现上述的滤波和下采样。
图12是本申请一实施例提供的一种farrow插值滤波流程示意图。
结合图8和图12，根据一些实施例，图8的S230包括下述的S237、S238。
如图12所示，在S237中，计算基带采样率f1与统一采样率f2的第二商f1/f2的值。
如图12所示，在S238中，当第二商f1/f2为任意值时，对第二数字OFDM 信号进行第二商的farrow插值滤波得到基带采样率的第一数字OFDM信号。
图13是本申请一实施例提供的一种信号处理方法流程示意图。信号处理方法包括如上所述的发射信号处理方法和接收信号处理方法。
例如在一个实施例中，发射信号处理方法用于发射链路，接收信号处理方法用于接收链路，处理方法如下。
在S110中，获取与待发送数据流对应的调制信号。
在S120中，将调制信号分配到相应的有效子载波，有效子载波的数量不变。
在S130中，对调制信号进行逆快速傅里叶变换，形成第一数字OFDM 信号，逆快速傅里 叶变换点数不变，第一数字OFDM信号的采样率为基带采样率，基带采样率与传输带的带宽相对应。
在S140中，对第一数字OFDM信号进行插值滤波得到统一采样率的第二数字OFDM信号。
在S150中，对第二数字OFDM信号进行数模转换形成模拟OFDM信号。
在S210中，获取模拟OFDM信号。
在S220中，对模拟OFDM信号进行模数转换形成统一采样率的第二数字OFDM信号。
在S230中，对第二数字OFDM信号进行滤波抽取得到基带采样率的第一数字OFDM信号。
图14是本申请一实施例提供的一种高速工业通信系统的发射信号处理装置的功能组成框图。
如图14所示，发射信号处理装置1000包括调制信号获取模块400、信号分配模块500、信号处理器100、插值滤波器200、数模转换器300。
调制信号获取模块400配置为获取与待发送数据流对应的调制信号。信号分配模块500配置为将调制信号分配到相应的有效子载波，有效子载波的数量保持不变。信号处理器100配置为对调制信号进行逆快速傅里叶变换，形成第一数字OFDM信号，逆快速傅里 叶变换点数保持不变，第一数字 OFDM信号的采样率为基带采样率，基带采样率与传输带的带宽相对应。插值滤波器200配置为对第一数字OFDM信号进行插值滤波得到统一采样率的第二数字OFDM信号。数模转换器300配置为对第二数字OFDM信号进行数模转换形成模拟OFDM信号。
图15是本申请一实施例提供的一种FIR插值滤波器功能组成框图。
如图15所示，FIR插值滤波器210包括第一计算单元211、第一上采样单元212、第一FIR滤波器213、第一抽取单元214。
根据一些实施例，第一计算单元211配置为计算统一采样率除以基带采样率的第一商，第一商为分数。第一上采样单元212配置为按照第一整数因子L对第一数字OFDM信号进行上采样得到第三数字OFDM信号，第一整数因子为统一采样率除以基带采样率的第一商的分子L。第一FIR滤波器 213配置为对第三数字OFDM信号进行滤波，得到第四数字OFDM信号。第一抽取单元214配置为对第四数字OFDM信号进行第二整数因子M的抽取，得到第二数字OFDM信号，第二整数因子为统一采样率除以基带采样率的第一商的分母M。
可选地，当第二整数因子为1时，第一FIR滤波器213配置为对第三数字OFDM信号进行滤波，得到第二数字OFDM信号。
可选地，统一采样率f2是基带采样率f1的整数倍时，而且这个整数的值是2K，FIR插值滤波器210包括多个HB内插器组成的HB内插器组。
根据一些实施例，每个HB内插器对输入的第一数字OFDM信号按照整数因子2进行上采样，整数幂指数K个级联的HB内插器组就上采样整数幂指数2K次，得到第二数字OFDM信号。
根据一些实施例，为了进一步简化实现复杂度，可以使用多相滤波器结构代替FIR插值滤波器210或HB内插器组。
图16是本申请一实施例提供的一种高速工业通信系统的接收信号处理装置功能组成框图，用于接收链路。
接收信号处理装置2000包括模拟信号获取模块600、模数转换器700、滤波抽取器800。
模拟信号获取模块600配置为获取模拟OFDM信号。模数转换器700 配置为对模拟OFDM信号进行模数转换形成统一采样率的第二数字OFDM 信号。滤波抽取器800配置为对第二数字OFDM信号进行滤波抽取得到基带采样率的第一数字OFDM信号。
图17是本申请一实施例提供的一种FIR滤波抽取器功能组成框图。
FIR滤波抽取器810包括第二计算单元811、第二上采样单元812、第二FIR信号滤波器813、第二抽取单元814。
第二计算单元811计算基带采样率除以统一采样率的第二商，第二商是有理数。第二上采样单元812配置为按照第二整数因子对第二数字OFDM 信号进行上采样得到第四数字OFDM信号，第二整数因子为第二商的分子。第二FIR信号滤波器813对第四数字OFDM信号进行滤波，得到第三数字 OFDM信号。第二抽取单元814对第三数字OFDM信号进行第一整数因子的抽取，得到第一数字OFDM信号，第一整数因子为所述第二商的分母。
可选地，第二商的分子为1时，第二FIR信号滤波器813对第二数字 OFDM信号进行滤波，得到第三数字OFDM信号；第二抽取单元814对第三数字OFDM信号进行第一整数因子的抽取，得到第一数字OFDM信号，第一整数因子为第二商的分母。
可选地，统一采样率设置为基带采样率的2的整数幂指数时，FIR滤波抽取器包括HB滤波抽取器组。HB滤波抽取器组包括级联的整数幂指数K 个HB滤波抽取器，配置为对第二数字OFDM信号进行滤波抽取，得到第一数字OFDM信号。其中，每个HB滤波抽取器对输入信号进行HB滤波和2倍下采样。
根据一些实施例，为了进一步简化实现复杂度，可以使用多相滤波器结构代替FIR滤波抽取器810或HB滤波抽取器组。
图18是本申请一实施例提供的一种高速工业通信系统功能组成框图。高速工业通信系统包括如上所述的发射信号处理装置和接收信号处理装置。
发射信号处理装置1000包括调制信号获取模块400、信号分配模块500、信号处理器100、插值滤波器200、数模转换器300。接收信号处理装置2000 包括模拟信号获取模块600、模数转换器700、滤波抽取器800。
调制信号获取模块400配置为获取与待发送数据流对应的调制信号。信号分配模块500配置为将调制信号分配到相应的有效子载波，有效子载波的数量保持不变。信号处理器100配置为对调制信号进行逆快速傅里叶变换，形成第一数字OFDM信号，逆快速傅里 叶变换点数保持不变，第一数字 OFDM信号的采样率为基带采样率，基带采样率与传输带的带宽相对应。插值滤波器200配置为对第一数字OFDM信号进行插值滤波得到统一采样率的第二数字OFDM信号。数模转换器300配置为对第二数字OFDM信号进行数模转换形成模拟OFDM信号。
模拟信号获取模块600配置为获取模拟OFDM信号。模数转换器700 配置为对模拟OFDM信号进行模数转换形成统一采样率的第二数字OFDM 信号。滤波抽取器800配置为对第二数字OFDM信号进行滤波抽取得到基带采样率的第一数字OFDM信号。
图19是本申请实施例提供的一种电子设备功能组成框图。
电子设备可以包括输出单元901、输入单元902、处理器903、存储器904、通讯接口905，以及内存单元906。
存储器904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。当一个或多个程序被一个或多个处理器903执行，使得一个或多个处理器903实现如上所述的方法。
存储器904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904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904可选包括相对于处理器903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。
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 (16)

1.一种高速工业通信系统的发射信号处理方法，用于发射链路，所述发射信号处理方法包括：
获取与待发送数据流对应的调制信号；
将所述调制信号分配到相应的有效子载波，所述有效子载波的数量不变；
对所述调制信号进行逆快速傅里叶变换，形成第一数字OFDM信号，所述逆快速傅里 叶变换点数不变，所述第一数字OFDM信号的采样率为基带采样率，所述基带采样率与传输带的带宽相对应；
对所述第一数字OFDM信号进行插值滤波得到统一采样率的第二数字OFDM信号；
对所述第二数字OFDM信号进行数模转换形成模拟OFDM信号；
其中，所述对所述第一数字OFDM信号进行插值滤波得到统一采样率的第二数字OFDM信号，包括：
计算所述统一采样率除以所述基带采样率得到的第一商，所述第一商为分数；
按照第一整数因子对所述第一数字OFDM信号进行上采样得到第三数字OFDM信号，所述第一整数因子为第一商的分子；
对所述第三数字OFDM信号进行FIR滤波，得到第四数字OFDM信号；
对所述第四数字OFDM信号进行第二整数因子的抽取，得到所述第二数字OFDM信号，所述第二整数因子为所述第一商的分母。
2.根据权利要求1所述的发射信号处理方法，其中，所述对所述第一数字OFDM信号进行插值滤波得到统一采样率的第二数字OFDM信号，还包括：
计算所述统一采样率除以所述基带采样率得到的第一商，所述第一商为整数；
按照所述第一商对所述第一数字OFDM信号进行上采样得到第三数字OFDM信号；
对所述第三数字OFDM信号进行FIR滤波，得到所述第二数字OFDM信号。
3.根据权利要求1所述的发射信号处理方法，其中，所述对所述第一数字OFDM信号进行插值滤波得到统一采样率的第二数字OFDM信号，还包括：
计算所述统一采样率除以所述基带采样率得到的第一商，所述第一商为2的整数幂指数；
采用所述整数幂指数个级联HB内插器，对所述第一数字OFDM信号进行内插，得到所述第二数字OFDM信号；其中，
每个所述HB内插器对输入信号进行2倍上采样和HB滤波。
4.根据权利要求1所述的发射信号处理方法，其中，所述对所述第一数字OFDM信号进行插值滤波得到统一采样率的第二数字OFDM信号，还包括：
计算所述统一采样率除以所述基带采样率得到的第一商；
对所述第一数字OFDM信号进行所述第一商的farrow内插，得到所述第二数字OFDM信号。
5.一种高速工业通信系统的接收信号处理方法，用于接收链路，以接收如权利要求1至4之任一项所述的高速工业通信系统的发射信号处理方法形成的所述模拟OFDM信号，所述接收信号处理方法包括：
获取所述模拟OFDM信号；
对所述模拟OFDM信号进行模数转换形成所述统一采样率的所述第二数字OFDM信号；
对所述第二数字OFDM信号进行滤波抽取得到所述基带采样率的所述第一数字OFDM信号；
其中，所述对所述第二数字OFDM信号进行滤波抽取得到所述基带采样率的所述第一数字OFDM信号，包括：
计算所述基带采样率除以所述统一采样率得到的第二商，所述第二商为有理数，所述第二商的分子不为1；
按照第二整数因子对所述第二数字OFDM信号进行上采样得到第四数字OFDM信号，所述第二整数因子为所述第二商的分子；
对所述第四数字OFDM信号进行滤波，得到第三数字OFDM信号；
对所述第三数字OFDM信号进行第一整数因子的抽取，得到所述第一数字OFDM信号，所述第一整数因子为所述第二商的分母。
6.根据权利要求5所述的接收信号处理方法，其中，所述对所述第二数字OFDM信号进行滤波抽取得到所述基带采样率的所述第一数字OFDM信号，还包括：
计算所述基带采样率除以所述统一采样率得到的第二商，所述第二商为有理数，所述第二商的分子为1；
按照所述第二商，对所述第二数字OFDM信号进行滤波，得到第三数字OFDM信号；
对所述第三数字OFDM信号进行第一整数因子的抽取，得到所述第一数字OFDM信号，所述第一整数因子为所述第二商的分母。
7.根据权利要求5所述的接收信号处理方法，其中，所述对所述第二数字OFDM信号进行滤波抽取得到所述基带采样率的所述第一数字OFDM信号，还包括：
计算所述基带采样率除以所述统一采样率得到的第二商，所述统一采样率设置为所述基带采样率的2的整数幂指数；
采用所述整数幂指数个级联HB滤波抽取器，对所述第二数字OFDM信号进行滤波抽取，得到所述第一数字OFDM信号；其中，
每个所述HB滤波抽取器对输入信号进行HB滤波和2倍下采样。
8.根据权利要求5所述的接收信号处理方法，其中，所述对所述第二数字OFDM信号进行滤波抽取得到所述基带采样率的所述第一数字OFDM 信号，还包括：
计算所述基带采样率除以所述统一采样率得到的第二商；
对所述第二数字OFDM信号进行所述第二商的farrow内插，得到所述第一数字OFDM信号。
9.一种高速工业通信系统的信号处理方法，包括：
如权利要求1至4之任一项所述的发射信号处理方法；和如权利要求5至8之任一项所述的接收信号处理方法。
10.一种高速工业通信系统的发射信号处理装置，用于发射链路，所述发射信号处理装置包括：
调制信号获取模块，配置为获取与待发送数据流对应的调制信号；
信号分配模块，配置为将所述调制信号分配到相应的有效子载波，所述有效子载波的数量保持不变；
信号处理器，配置为对所述调制信号进行逆快速傅里叶变换，形成第一数字OFDM信号，所述逆快速傅里 叶变换点数保持不变，所述第一数字OFDM信号的采样率为基带采样率，所述基带采样率与传输带的带宽相对应；
插值滤波器，配置为对所述第一数字OFDM信号进行插值滤波得到统一采样率的第二数字OFDM信号；
数模转换器，配置为对所述第二数字OFDM信号进行数模转换形成模拟OFDM信号；
其中，所述插值滤波器包括第一计算单元、第一上采样单元、第一FIR滤波器和第一抽取单元，所述第一计算单元配置为计算统一采样率除以基带采样率的第一商，第一商为分数；所述第一上采样单元配置为按照第一整数因子L对所述第一数字OFDM信号进行上采样得到第三数字OFDM信号，第一整数因子为统一采样率除以基带采样率的第一商的分子L；所述第一FIR滤波器配置为对所述第三数字OFDM信号进行滤波，得到第四数字OFDM信号；所述第一抽取单元配置为对所述第四数字OFDM信号进行第二整数因子M的抽取，得到所述第二数字OFDM信号，第二整数因子为统一采样率除以基带采样率的第一商的分母M。
11.根据权利要求10所述的发射信号处理装置，其中，所述插值滤波器包括：多相滤波器。
12.一种高速工业通信系统的接收信号处理装置，用于接收链路，以接收如权利要求10或11所述的高速工业通信系统的发射信号处理装置形成的所述模拟OFDM信号，所述接收信号处理装置包括：
模拟信号获取模块，配置为获取所述模拟OFDM信号；
模数转换器，配置为对所述模拟OFDM信号进行模数转换形成所述统一采样率的第二数字OFDM信号；
滤波抽取器，配置为对所述第二数字OFDM信号进行滤波抽取得到所述基带采样率的所述第一数字OFDM信号；
其中，所述滤波抽取器包括第二计算单元、第二上采样单元、第二FIR信号滤波器和第二抽取单元；所述第二计算单元配置为计算基带采样率除以统一采样率的第二商，第二商是有理数；所述第二上采样单元配置为按照第二整数因子对所述第二数字OFDM信号进行上采样得到第四数字OFDM信号，第二整数因子为第二商的分子；所述第二FIR信号滤波器配置为对所述第四数字OFDM信号进行滤波，得到第三数字OFDM信号；所述第二抽取单元对所述第三数字OFDM信号进行第一整数因子的抽取，得到第所述一数字OFDM信号，第一整数因子为所述第二商的分母。
13.根据权利要求12所述的接收信号处理装置，其中，所述滤波抽取器包括：多相滤波器。
14.一种高速工业通信系统，包括：
如权利要求10或11所述的发射信号处理装置；和
如权利要求12或13所述的接收信号处理装置。
15.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，当所述程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至权利要求9之任一项所述的方法。
16.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序,其中，当所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至权利要求9之任一项所述的方法。
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