CN114297117B - 一种调制方法、装置，解调方法和存储介质 - Google Patents
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Abstract
一种调制方法、调制装置、解调方法和计算机可读存储介质，其中，对待发送的每一位二进制数据进行如下调制：当所述二进制数据为高电平数据时，通过第一载波对所述高电平数据进行调制；当所述二进制数据为低电平数据时，依次通过第二载波和第三载波对所述低电平数据进行调制；其中，所述第一载波的频率、所述第二载波的频率和所述第三载波的频率均大于所述待发送的二进制数据的传输速率；且所述第二载波的频率分别小于所述第一载波的频率和所述第三载波的频率。
Description
技术领域
本文涉及数据传输技术，尤指一种调制方法、调制装置、解调方法和计算机可读存储介质。
背景技术
Profibus-DP和Modbus RTU协议是工业通讯中大规模应用的两种传输协议，这两种传输协议规定的物理层编码均采用通用异步收发传输器(Universal AsynchronousReceiver/Transmitter，UART)格式，数据传输速率一般低于10Mbps。当数据传输距离在5公里以上时，需要提高数据的传输速率以适应远距离的传输要求，因此UART格式的物理信号不能直接用于远距离数据传输。
为解决这个问题，现有的方案主要有：
将每个字节重复传输多次提高数据传输速率，也能匹配远距离数据传输时常采用的光纤对数据传输的要求，但是方案通常发送和接收电路或FPGA逻辑复杂；或
对UART格式的物理信号的跳变沿进行编码，如把下降沿调制为连续的0，把上升沿调制为连续的1，该方案可以提高数据传输速率，但FPGA的编码和解码逻辑仍比较复杂。
发明内容
本申请提供了一种调制方法、调制装置、解调方法和计算机可读存储介质，能够提高数据的传输速率以适应远距离的传输要求，同时电路实现简单。
本申请提供的调制方法，包括：
对待发送的每一位二进制数据进行如下调制：
当所述二进制数据为高电平数据时，通过第一载波对所述高电平数据进行调制；
当所述二进制数据为低电平数据时，依次通过第二载波和第三载波对所述低电平数据进行调制；
其中，所述第一载波的频率、所述第二载波的频率和所述第三载波的频率均大于所述待发送的二进制数据的传输速率；且所述第二载波的频率分别小于所述第一载波的频率和所述第三载波的频率。
在一示例性实施例中，所述第二载波的频率和所述第三载波的频率的比值为N，N可调节。
在一示例性实施例中，所述第一载波的频率和所述第三载波的频率相同。
在一示例性实施例中，所述第一载波的频率范围和所述第三载波的频率范围均为40MHz～130MHz；
所述N的可调节范围为0.1～0.33。
在一示例性实施例中，所述第一载波的频率和第三载波的频率均为48MHz；
所述比值N为0.2。
在一示例性实施例中，所述待发送的二进制数据为通用异步收发器UART信号。
在一示例性实施例中，所述第一载波、所述第二载波和所述第三载波均为方波。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如前任一所述的方法。
本申请实施例还提供了一种调制装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有程序，所述程序在被所述处理器读取执行时，实现如前任一所述的方法。
本申请实施例还提供了一种解调方法，所述方法包括：
按照欲解调出的二进制数据位长度，对该长度内的接收数据进行电平检测：
如果连续检测到低电平时，则解调出二进制数据为低电平二进制数据；
如果没有连续检测到低电平时，则解调出二进制数据为高电平二进制数据。
本申请实施例所述的调制方法中对数据进行调制的载波的频率大于待发送二进制数据的传输速率，可以提高调制后的数据的传输数据；通过降低第二载波频率，可以降低电路复杂度；通过将第二载波频率与第一载波频率设置为不同频率，有利于信号解调；通过对数据以位进行调制，可以减小传输延时，尤其是如果数据传输链路中存在中间转发电路(如Hub)，可以做到1位以内的传输延时。
本申请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，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本申请实施例提供的调制方法流程图；
图2为本申请实施例提供的对UART格式二进制数据进行调制的示意图；
图3为本申请实施例提供的调制装置结构图；
图4为本申请实施例提供的解调方法流程图。
具体实施方式
本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。
本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。
此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本申请实施例的精神和范围内。
本申请实施例提供了一种调制方法，如图1所示。
该方法对待发送的每一位二进制数据进行如下调制：
步骤S101判断待发送的二进制数据是高电平数据还是低电平数据；当所述二进制数据是高电平数据时，执行步骤S102；当所述二进制数据是低电平数据时，执行步骤S103；
所述二进制数据可以为UART格式二进制数据；
当二进制数据为1时，对应高电平数据；当二进制数据为0时，对应低电平数据；
步骤S102通过第一载波对所述高电平数据进行调制；
步骤S103依次通过第二载波和第三载波对所述低电平数据进行调制；
其中，所述第一载波、所述第二载波和所述第三载波的频率均大于所述待发送的二进制数据的传输速率；且所述第二载波的频率分别小于所述第一载波的频率和所述第三载波的频率。
本申请实施例所述的调制方法中对数据进行调制的载波的频率大于待发送二进制数据的传输速率，可以提高调制后的数据的传输数据；通过降低第二载波频率，可以降低电路复杂度；通过将第二载波频率与第一载波频率设置为不同频率，有利于信号解调；通过对数据以位进行调制，可以减小传输延时，尤其是如果数据传输链路中存在中间转发电路(如Hub)，可以做到1位以内的传输延时。
在一示例性实施例中，所述第二载波的频率和所述第三载波的频率的比值为N，N可调节。
本申请实施例可通过调节N，灵活调节调制后数据的传输速率。
在一示例性实施例中，所述第一载波的频率和所述第三载波的频率相同。
本申请实施例通过将第一载波的频率和第三载波的频率设置为相同，减少了调制所需载波频率的种类，进而进一步降低了调制解调电路的复杂度。
在一示例性实施例中，考虑到目前单模光纤要求的数据传输速率最低为20Mbps，本申请实施例采用的第一载波的频率范围和所述第三载波的频率范围可以均为40MHz～130MHz，高于单模光纤要求的最低数据传输速率，可以满足单模光纤的传输要求。当然，调制载波的频率也可以设置为更高的频率，如可以把调制载波的频率设置为500MHz，这时可能就需要高性能的FPGA实现调制载波，相应的增加了电路实现成本。
所述N的可调节范围为0.1～0.33，具体可以结合实际采用的光纤收发器进行选择。从解码的角度，低频载波是高频载波的0.33(即持续3个载波周期)倍，是解码可识别的最小值，如果N大于0.33，低频载波与高频载波的差异较小，几乎无法区分。N的下限值依赖于选择的高频载波的频率以及光纤的种类，如高频载波为100MHz，由于在单模光纤中传输的数据率不能低于9MHz，N最小可以为0.1；如果高频载波为40MHz，如果仍选择单模光纤传输数据，则N最小为0.25。
在一示例性实施例中，所述第一载波的频率和第三载波的频率均为48MHz，第二载波的频率为9.6MHz，所述比值N为0.2，该方案是目前结合工业实践调试得出的优选值。当第二载波的频率为9.6MHz时，可以采用低成本的元器件实现该频率载波的发送，可以降低该方案的经济成本，有利于该方案的普遍推广，同时9.6MHz的载波也能够实现在单模光纤中稳定传输，这是因为通过实践调试，本申请发明人发现低于9MHz的载波在单模光纤中传输的稳定性无法保证。
在一示例性实施例中，所述第一载波、所述第二载波和所述第三载波均为方波。由于方波信号本身的高、低电平均衡分布，经过方波调制后，能够保证调制信号的高、低电平也均衡分布，与单模光纤收发器的特性更加匹配。图2给出了一种按照本申请上述调制方法对UART格式二进制数据进行调制的示意图，该图中UART格式二进制数据传输速率为6Mbps，第一载波的频率和第三载波的频率均为48MHz，第二载波的频率为9.6MHz。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如前任一实施例所述的调制方法。
本申请实施例还提供了一种调制装置，如图3所示，包括存储器301和处理器302，所述存储器301存储有程序，所述程序在被所述处理器302读取执行时，实现如前任一实施例所述的调制方法。
本申请实施例还提供了一种解调方法，如图4所示；
步骤S401按照欲解调出的二进制数据位长度，对该长度内的接收数据进行电平检测；
所述电平检测频率为第一载波频率、第二载波频率和第三载波频率中最大的频率；
步骤S402如果连续检测到低电平时，则解调出二进制数据为低电平二进制数据；
步骤S403如果没有连续检测到低电平时，则解调出二进制数据为高电平二进制数据；
所述低电平二进制数据为0，所述高电平二进制数据为1。
基于图2所示的调制方法，由于欲解调出的UART格式二进制数据传输速率为6Mbps，对应数据位长度为166.67uS，对该长度内的接收数据以48MHz的频率进行电平检测，如果连续检测到低电平时，则解调出UART格式二进制数据为0，如果没有连续检测到低电平，则解调出的UART格式二进制数据为1。
本申请实施例记载的解调方案，只需根据接收数据判断是否存在连续低电平即可解调出高电平二进制数据或低电平二进制数，可以大大简化解调逻辑，减少解调电路的复杂度，降低成本的同时做到更高的可靠性；本方案对数据按位进行解调，降低了延时。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如前任一实施例所述的解调方法。
本申请实施例还提供了一种解调装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有程序，所述程序在被所述处理器读取执行时，实现如前任一实施例所述的解调方法。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
Claims (8)
1.一种调制和解调方法，所述方法包括：
对待发送的每一位二进制数据进行如下调制：
当所述二进制数据为高电平数据时，通过第一载波对所述高电平数据进行调制，每一位高电平数据的调制信号的频率为所述第一载波的频率；
当所述二进制数据为低电平数据时，依次通过第二载波和第三载波对所述低电平数据进行调制，每一位低电平数据的调制信号中，前一部分的频率为所述第二载波的频率，后一部分的频率为所述第三载波的频率；
其中，所述第一载波的频率、所述第二载波的频率和所述第三载波的频率均大于所述待发送的二进制数据的传输速率；且所述第二载波的频率分别小于所述第一载波的频率和所述第三载波的频率；
其中，所述第一载波的频率和所述第三载波的频率相同；
和，对接收数据进行如下解调：
按照欲解调出的二进制数据位长度，对该长度内的所述接收数据进行电平检测：
如果连续检测到低电平时，则解调出二进制数据为低电平二进制数据；
如果没有连续检测到低电平时，则解调出二进制数据为高电平二进制数据；
其中，所述电平检测频率为第一载波频率、第二载波频率和第三载波频率中最大的频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述第二载波的频率和所述第三载波的频率的比值为N，所述N可调节。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述第一载波的频率范围和所述第三载波的频率范围均为40MHz～130MHz；
所述N的可调节范围为0.1～0.33。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述第一载波的频率和第三载波的频率均为48MHz；
所述比值N为0.2。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述待发送的二进制数据为通用异步收发器UART信号。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述第一载波、所述第二载波和所述第三载波均为方波。
7.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1至6任一所述的方法。
8.一种调制和解调装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有程序，所述程序在被所述处理器读取执行时，实现如权利要求1至6任一所述的方法。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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