專利名稱：基于dmt的高速1553b通信總線發(fā)送方法與裝置的制作方法
技術領域：
涉及高速有線數(shù)字通信裝置，特別是涉及使用了多載波調(diào)制方式的數(shù)字通信裝置的發(fā)射機和發(fā)射方法，具體講，基于DMT (即離散多音調(diào)制，以下簡稱DMT)的高速1553B通信總線發(fā)送方法與裝置。
背景技術：
1553B通信總線全稱為數(shù)字式時分指令/響應多路傳輸數(shù)據(jù)總線，是1978年由美國軍方制定的ー種航空系統(tǒng)通信總線標準。該通信協(xié)議在傳輸?shù)目煽啃?、使用的靈活性及數(shù)據(jù)完整性等方面具有顯著優(yōu)勢，能夠在各種嚴酷條件下提供可靠性要求應用。因此其在航空電子、軍用艦船和裝甲車輛等軍用平臺上得到了廣泛應用，并且已經(jīng)被其他エ業(yè)領域廣泛采用。 1553B通信總線系統(tǒng)通常由ー個負責總線系統(tǒng)任務調(diào)度、管理的總線控制器，多個(小于等于31個)遠程終端及用于監(jiān)視總線系統(tǒng)運行狀態(tài)的總線監(jiān)視器(可選)構成。原始1553B通信總線協(xié)議規(guī)定數(shù)據(jù)采用曼徹斯特碼以速率IMbps進行基帶傳輸?？偩€采用指令應答方式實現(xiàn)系統(tǒng)通訊。盡管其具有很高的可靠性和靈活性，但由于當今武器系統(tǒng)，尤其是航空和地面車輛系統(tǒng)對于視頻、音頻和分布式數(shù)據(jù)傳輸中數(shù)據(jù)量大、傳輸速度高的要求，因此傳輸速度過低(IMbps)是制約1553B總線繼續(xù)發(fā)展的很大因素。傳輸速度過低(IMbps)制約了 1553B總線的發(fā)展，雖然現(xiàn)有的ー些高速數(shù)據(jù)傳輸技術可以用來取代1553B總線系統(tǒng)，如分布式光纖接入技木、ATM(異步傳輸模式)技木、火線1394以及快速以太網(wǎng)等。但這些均需更換原總線系統(tǒng)上的設備，這樣不僅成本高昂，而且原系統(tǒng)穩(wěn)定性也會受到很多程度的影響。所以急需ー種既能提高現(xiàn)有總線系統(tǒng)的傳輸速度同時又能夠與原有總線通信兼容使用的高速系統(tǒng)解決方案。該解決方案能夠在不可能改變原總線系統(tǒng)結構的情況下使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明g在解決克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種既能提高現(xiàn)有總線系統(tǒng)的傳輸速度同時又能夠與原有總線通信兼容使用的高速系統(tǒng)解決方案，為達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案是，基于DMT的高速1553B通信總線發(fā)送裝置，由一片F(xiàn)PGA內(nèi)依次串接的如下模塊構成，F(xiàn)ield Programmable Gate Array即現(xiàn)場可編程門陣列，以下簡稱FPGA :并行加擾模塊，通過隨機序列生成器并行產(chǎn)生多路偽隨機碼流，將這些并行偽隨機碼流與接收到的多比特碼元分別對應進行異或運算，后將多路并行加擾后的碼元同時輸出；RS編碼模塊，Reed-Solomon即里德-所羅門編碼簡稱RS編碼，加擾后的數(shù)據(jù)被送入RS編碼模塊，采用面向字節(jié)的RS(246，200)對數(shù)據(jù)進行編碼；QAM星座映射模塊,Quadrature Amplitude Modulatio即正交幅度調(diào)制，簡稱QAM,用于對數(shù)字信號進行MQAM映射，采用64QAM星座映射；塊交織模塊，用于將原始數(shù)據(jù)序列結構按一定規(guī)律打亂，目的是將相鄰的多個數(shù)據(jù)變得盡量隔得更遠，經(jīng)過這種處理后的數(shù)據(jù)序列發(fā)生長串的突發(fā)錯誤時可以將原本連續(xù)的錯誤序列變的離散化； 導頻插入模塊，用于在每個DMT符號中若干個導頻子載波位置傳送數(shù)據(jù)1+j，用以在收端完成頻偏估計；IFFT模塊及共輒對稱變換模 塊，Inverse Discrete Fourier Transform即逆快速傅立葉變換，簡稱IFFT，使用IDFT將星座編碼器的輸出調(diào)制到DMT子載波上，InverseDiscrete Fourier Transform即逆傅立葉變換,簡稱IDFT,由星座編碼器產(chǎn)生的N個表示頻域的復數(shù)值，變換為2N個表示時域的實數(shù)值，該實數(shù)值序列是ー個DMT符號的時域采樣，且恰好滿足奈奎斯特采樣定理，對星座編碼器輸出的復數(shù)序列進行共軛擴展以使得輸入序列具有共軛對稱性Si = Zi, i = O, I, . . . , N-ISi = conj (Z2m) , i = N+l, N+2, . . . ,2N—1其中，Zi表示功率歸ー化后星座編碼器輸出的復數(shù)序列，Si表示對Zi進行共軛擴展得到的復數(shù)序列，conj O表示取共軛復數(shù)，N表示星座編碼器產(chǎn)生的復數(shù)序列的個數(shù)，i表示共軛擴展得到的復數(shù)序列的下標，取值范圍是i = O, I, . . . , 2N-1 ；隨后對Si實施2N點的IFFT ^ = Iexpi/-2^
Vム /V ノ其中，Xn表示經(jīng)過逆快速傅立葉變換得到的2N個表示時域的實數(shù),η表示Xn的下標，取值范圍是η = O, I, · · · , 2Ν-1, exp O表示求自然指數(shù)；IFFT變換后得到調(diào)制波形的實值采樣點，采樣點經(jīng)過數(shù)字模擬轉換器D/A轉換、濾波放大等操作后即可注入信道發(fā)送；循環(huán)擴展模塊將IDFT輸出的Xn最后的Lep個樣值添加到2N個輸出IDFT樣值Xn上，作為循環(huán)前綴CP，Xn的開頭的Les個樣值添加到Xn+Lep樣值塊上，作為循環(huán)后綴CS，循環(huán)擴展CE部分的長度為Lce = LCP+LCS ；訓練符號生成模塊，在包含多個DMT符號每ー個數(shù)據(jù)幀開始處插入ー個DMT符號大小的訓練符號，以便接收端利用這一已知的訓練符號進行幀同步和符號同步操作，同時也用于信道估計及頻域均衡。還包括單片機MCU、時鐘生成模塊，時鐘生成模塊為各模塊及單片機MCU提供時鐘；單片機MCU用于初始化各個模塊，等待有效數(shù)據(jù)的到來，當外部設備需要通過高速總線發(fā)送數(shù)據(jù)時，MCU就收到發(fā)送時能信號后會在一定的時鐘延遲后激活訓練符號產(chǎn)生模塊，生成ー個DMT符號長度的訓練符號，作為ー幀的開始，外部設備將數(shù)據(jù)按一定時序傳送給FIFO, FIFO在接受到數(shù)據(jù)后會通過握手信號通知并行加擾模塊接受數(shù)據(jù)，隨后并行加擾模塊按照每次ー個DMT符號，每兩個DMT符號間隔80個時鐘周期的時序讀取FIFO內(nèi)的數(shù)據(jù)，處理后發(fā)送到緩存模塊中，緩存模塊接收到數(shù)據(jù)后通知RS編碼模塊，RS編碼模塊按照毎次ー個RS編碼碼組200個時鐘周期，按照每兩個RS碼組間隔46個的時序讀取緩存模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)進行編碼，同時RS讀取每兩個DMT符號間隔60個時鐘周期，RS編碼后將數(shù)據(jù)傳輸給星座映射模塊進行64QAM映射，并且要保證每兩個DMT符號處理間隔為80個時鐘周期，隨后進行塊交織、插入導頻、共軛對稱變換和IFFT調(diào)制，循環(huán)擴展后將生成的多個連續(xù)的DMT符號添加到訓練符號后輸出給經(jīng)過D/A。一種基于DMT的高速1553B通信總線發(fā)送方法，包括下列步驟并行加擾擾碼算法按下面的方程所表示的算法，在取樣時間nt時，數(shù)據(jù)X (nt)的輸出比特應滿足下式X (nt) = X (nt-18)+X (nt-23)+m(nt)其中m(nt)是在取樣時間nt時輸入的數(shù)據(jù)比特，x(nt)是在取樣時間nt時 輸出的數(shù)據(jù)比持，X(nt-18)是在取樣時間nt-18時輸出的數(shù)據(jù)比持，x(nt-23)是在取樣時間nt-23時輸出的數(shù)據(jù)比特所有的算法必須是模2カロ，在每個幀開始時，用序列“10010101000000010000000” 初始化移位寄存器；RS編碼，加擾后的數(shù)據(jù)進行RS編碼，采用面向字節(jié)的RS(246，200)；QAM星座映射，采用64QAM星座映射，RS編碼后將數(shù)據(jù)以每6bit為單位進行星座映射后變?yōu)橄鄳膹蛿?shù)，該類復數(shù)用16bit有符號數(shù)表示，最高位為符號位，一位整數(shù)位，其余為小數(shù)位，且用補碼表示負數(shù)，采用格雷碼對星座點進行編碼；星座的平均功率歸ー化，歸ー化以BPSK信號功率為基準，Binary Phase Shift Keying即雙相相移鍵控，以下簡稱 BPSK,對MQAM 的星座點進行定標,Multiple Quadrature Amplitude Modulation 即多進制正交幅度調(diào)制，簡稱MQAM Zi = (X^jYi) λ其中，λ表示功率歸ー化因子，Xi和Yi分別表示功率歸ー化前的星座點的實部和虛部，Zi表示功率歸ー化后星座編碼器輸出的復數(shù)序列；塊交織將發(fā)送端待交織的數(shù)據(jù)均勻分成具有s個數(shù)據(jù)段的m個碼組，m稱為交織器深度，s稱為交織器約束長度，該碼組可以用ー個sXm矩陣表示，待交織數(shù)據(jù)按[an，a12，. . . als，3*21，3-22- · · Qllls]順序進入父織矩陣，然后按[3ll，1 7 · · · ^ml 7 ^127 ^22' · · ^ms]順序出，即可完成對數(shù)據(jù)的分組交織；導頻插入，在每個DMT符號中按若干個個導頻子載波位置傳送數(shù)據(jù)Ι+j，用以在收端完成頻偏估計；IFFT模塊及共軛對稱變換模塊，使用IDFT將星座編碼器的輸出調(diào)制到DMT子載波上，它將由星座編碼器產(chǎn)生的N個表示頻域的復數(shù)值，變換為2N個表示時域的實數(shù)值，該實值序列是ー個DMT符號的時域采樣，且恰好滿足奈奎斯特采樣定理，考慮到星座編碼器的輸出是復數(shù)，為通過IFFT得到2N個實數(shù)，應對星座編碼器輸出的復數(shù)序列進行共軛擴展以使得輸入序列具有共軛對稱性Si = Zi, i = O, I, . . . , N-ISi = conj (Z2m) , i = N+l, N+2, . . . , 2N-1其中，Zi表示功率歸ー化后星座編碼器直接輸出的復數(shù)序列，Si表示對Zi進行共軛擴展得到的復數(shù)序列，conj O表示取共軛復數(shù)，N表示星座編碼器產(chǎn)生的復數(shù)序列的個數(shù)，i表示共軛擴展得到的復數(shù)序列的下標，取值范圍是i = O, I,......, 2N-1 ；隨后對Si實施2N點的IFFT
權利要求
1.一種基于DMT的高速1553B通信總線發(fā)送裝置，其特征是，由一片F(xiàn)PGA內(nèi)依次串接的如下模塊構成，F(xiàn)ield Programmable Gate Array即現(xiàn)場可編程門陣列，以下簡稱FPGA : 并行加擾模塊，通過隨機序列生成器并行產(chǎn)生多路偽隨機碼流，將這些并行偽隨機碼流與接收到的多比特碼元分別對應進行異或運算，后將多路并行加擾后的碼元同時輸出；RS編碼模塊，Reed-Solomon即里德-所羅門編碼簡稱RS編碼，加擾后的數(shù)據(jù)被送入RS編碼模塊，采用面向字節(jié)的RS(246，200)對數(shù)據(jù)進行編碼； QAM星座映射模塊，Quadrature Amplitude Modulatio即正交幅度調(diào)制，簡稱QAM,用于對數(shù)字信號進行MQAM映射，采用64QAM星座映射； 塊交織模塊，用于將原始數(shù)據(jù)序列結構按一定規(guī)律打亂，目的是將相鄰的多個數(shù)據(jù)變得盡量隔得更遠，經(jīng)過這種處理后的數(shù)據(jù)序列發(fā)生長串的突發(fā)錯誤時可以將原本連續(xù)的錯誤序列變的離散化； 導頻插入模塊，用于在每個DMT符號中若干個導頻子載波位置傳送數(shù)據(jù)Ι+j，用以在收端完成頻偏估計； IFFT模塊及共輒對稱變換模塊，Inverse Discrete Fourier Transform即逆快速傅立葉變換，簡稱IFFT，使用IDFT將星座編碼器的輸出調(diào)制到DMT子載波上，Inverse DiscreteFourier Transform即逆傅立葉變換,簡稱IDFT,由星座編碼器產(chǎn)生的N個表示頻域的復數(shù)值，變換為2N個表示時域的實數(shù)值，該實數(shù)值序列是ー個DMT符號的時域采樣，且恰好滿足奈奎斯特采樣定理，對星座編碼器輸出的復數(shù)序列進行共軛擴展以使得輸入序列具有共軛對稱性Si = Zi, i = 0，1，· · ·，N-ISi = conj (Z2N_i)，i = N+l，N+2，· · ·，2N-1 其中，Zi表示功率歸ー化后星座編碼器輸出的復數(shù)序列，Si表示對Zi進行共軛擴展得到的復數(shù)序列，conj O表示取共軛復數(shù)，N表示星座編碼器產(chǎn)生的復數(shù)序列的個數(shù)，i表示共軛擴展得到的復數(shù)序列的下標，取值范圍是i = O, I, . . . , 2N-1 ； 隨后對Si實施2N點的IFFT 2Λ-Ι fW*i、Xrj = ^ exp[ ./、2 * · Si 其中，Xn表示經(jīng)過逆快速傅立葉變換得到的2N個表示時域的實數(shù)，η表示Xn的下標，取值范圍是η = O, I, . . . , 2Ν-1, exp O表示求自然指數(shù)； IFFT變換后得到調(diào)制波形的實值采樣點，采樣點經(jīng)過數(shù)字模擬轉換器D/Α轉換、濾波放大等操作后即可注入信道發(fā)送； 循環(huán)擴展模塊將IDFT輸出的Xn最后的Lep個樣值添加到2N個輸出IDFT樣值Xn上，作為循環(huán)前綴CP，Xn的開頭的Les個樣值添加到χη+Ι^ρ樣值塊上，作為循環(huán)后綴CS，循環(huán)擴展CE部分的長度為Lce = LCP+LCS ； 訓練符號生成模塊，在包含多個DMT符號每ー個數(shù)據(jù)幀開始處插入ー個DMT符號大小的訓練符號，以便接收端利用這一已知的訓練符號進行幀同步和符號同步操作，同時也用于信道估計及頻域均衡。
2.如權利要求I所述的基于DMT的高速1553B通信總線發(fā)送裝置，其特征是，還包括單片機MCU、時鐘生成模塊，時鐘生成模塊為各模塊及單片機MCU提供時鐘；單片機MCU用于初始化各個模塊，等待有效數(shù)據(jù)的到來，當外部設備需要通過高速總線發(fā)送數(shù)據(jù)時，MCU就收到發(fā)送時能信號后會在一定的時鐘延遲后激活訓練符號產(chǎn)生模塊，生成ー個DMT符號長度的訓練符號，作為ー幀的開始，外部設備將數(shù)據(jù)按一定時序傳送給FIFO，F(xiàn)IFO在接受到數(shù)據(jù)后會通過握手信號通知并行加擾模塊接受數(shù)據(jù)，隨后并行加擾模塊按照每次ー個DMT符號，每兩個DMT符號間隔80個時鐘周期的時序讀取FIFO內(nèi)的數(shù)據(jù)，處理后發(fā)送到緩存模塊中，緩存模塊接收到數(shù)據(jù)后通知RS編碼模塊，RS編碼模塊按照毎次ー個RS編碼碼組200個時鐘周期，按照每兩個RS碼組間隔46個的時序讀取緩存模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)進行編碼，同時RS讀取每兩個DMT符號間隔60個時鐘周期，RS編碼后將數(shù)據(jù)傳輸給星座映射模塊進行64QAM映射，并且要保證每兩個DMT符號處理間隔為80個時鐘周期，隨后進行塊交織、插入導頻、共軛對稱變換和IFFT調(diào)制，循環(huán)擴展后將生成的多個連續(xù)的DMT符號添加到訓練符號后輸出給經(jīng)過D/A。
3.一種基于DMT的高速1553B通信總線發(fā)送方法，其特征是，包括下列步驟 并行加擾擾碼算法按下面的方程所表示的算法，在取樣時間nt時，數(shù)據(jù)X (nt)的輸出比特應滿足下式X(nt) = X(nt-18)+x(nt-23)+m(nt) 其中m (nt)是在取樣時間nt時輸入的數(shù)據(jù)比特，x (nt)是在取樣時間nt時輸出的數(shù)據(jù)比持，X(nt-18)是在取樣時間nt-18時輸出的數(shù)據(jù)比持，x(nt-23)是在取樣時間nt-23時輸出的數(shù)據(jù)比特所有的算法必須是模2カロ，在每個幀開始時，用序列“ 10010101000000010000000” 初始化移位寄存器； RS編碼，加擾后的數(shù)據(jù)進行RS編碼，采用面向字節(jié)的RS(246，200)； QAM星座映射，采用64QAM星座映射，RS編碼后將數(shù)據(jù)以每6bit為單位進行星座映射后變?yōu)橄鄳膹蛿?shù)，該類復數(shù)用16bit有符號數(shù)表示，最高位為符號位，一位整數(shù)位，其余為小數(shù)位，且用補碼表示負數(shù)，采用格雷碼對星座點進行編碼；星座的平均功率歸ー化，歸ー化以BPSK信號功率為基準，BinaryPhase Shift Keying即雙相相移鍵控，以下簡稱BPSK,對 MQAM 的星座點進行定標，Multiple QuadratureAmplitude Modulation 即多進制正交幅度調(diào)制，簡稱MQAM :Zi = (X^jYi)入 其中，λ表示功率歸ー化因子，Xi和Yi分別表示功率歸ー化前的星座點的實部和虛部，Zi表示功率歸ー化后星座編碼器輸出的復數(shù)序列； 塊交織將發(fā)送端待交織的數(shù)據(jù)均勻分成具有s個數(shù)據(jù)段的m個碼組，m稱為交織器深度，s稱為交織器約束長度，該碼組可以用ー個sXm矩陣表示，待交織數(shù)據(jù)按[an，a12，. . . als，3*21，3-22- · · Qllls]順序進入父織矩陣，然后按[3ll，1 7 · · · ^ml 7 ^127 ^22' · · ^ms]順序出，即可完成對數(shù)據(jù)的分組交織； 導頻插入，在每個DMT符號中按若干個個導頻子載波位置傳送數(shù)據(jù)Ι+j，用以在收端完成頻偏估計； IFFT模塊及共軛對稱變換模塊，使用IDFT將星座編碼器的輸出調(diào)制到DMT子載波上，它將由星座編碼器產(chǎn)生的N個表示頻域的復數(shù)值，變換為2N個表示時域的實數(shù)值，該實值序列是ー個DMT符號的時域采樣，且恰好滿足奈奎斯特采樣定理，考慮到星座編碼器的輸出是復數(shù)，為通過IFFT得到2N個實數(shù)，應對星座編碼器輸出的復數(shù)序列進行共軛擴展以使得輸入序列具有共軛對稱性Si = Zi, i = O，1，· · ·，N-ISi = conj (Z2N_i)，i = N+l，N+2, · · ·，2N-1 其中，Zi表示功率歸ー化后星座編碼器直接輸出的復數(shù)序列，Si表示對Zi進行共軛擴展得到的復數(shù)序列，conj O表示取共軛復數(shù)，N表示星座編碼器產(chǎn)生的復數(shù)序列的個數(shù)，i表示共軛擴展得到的復數(shù)序列的下標，取值范圍是i = O, I,......, 2N-1 ； 隨后對Si實施2N點的IFFT
4.如權利要求3所述的基于DMT的高速1553B通信總線發(fā)送方法，其特征是，采用如下關鍵參數(shù) 表I系統(tǒng)關鍵參數(shù)
全文摘要
本發(fā)明涉及高速有線數(shù)字通信裝置。為提供一種既能提高現(xiàn)有總線系統(tǒng)的傳輸速度同時又能夠與原有總線通信兼容使用的高速系統(tǒng)解決方案，為達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案是，基于DMT的高速1553B通信總線發(fā)送裝置，由一片F(xiàn)PGA內(nèi)依次串接的如下模塊構成并行加擾模塊、RS編碼模塊、QAM星座映射模塊、塊交織模塊、導頻插入模塊、IFFT模塊及共軛對稱變換模塊、循環(huán)擴展模塊、訓練符號生成模塊。本發(fā)明主要應用于高速有線數(shù)字通信。
文檔編號H04L12/40GK102694709SQ20121015679
公開日2012年9月26日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權日2012年5月18日
發(fā)明者侯春萍, 侯永宏, 李鵬, 汪清, 王剛, 王帥 申請人:天津大學