一种同轴电缆曼彻斯特编解码方法技术

本发明专利技术公开了一种同轴电缆曼彻斯特编解码方法，首先在通信系统编码端插入前导序列和同步头，与信息码元一起形成一帧串行数据序列，再经过移位寄存器实现并串转换，并采用异或方式进行曼彻斯特编码；在解码端先实现时钟同步；再对数据进行曼彻斯特译码，将曼彻斯特码元转换为二进制NRZ码，使用串行方式提取同步头帧头，最后以同步头帧头为起始点，利用同步时钟进行串并转换，实现曼彻斯特码元的解码及并行化。本发明专利技术以基带通信方式在单芯同轴电缆上进行信号的耦合与编解码，可以在单芯同轴电缆上为终端供电的同时，实现主机和终端的高速双向实时通信，具有体积小、可实现性强、实时性高、建立连接速度快等优点，并能够实现远距离高速串行通信。离高速串行通信。离高速串行通信。

【技术实现步骤摘要】
一种同轴电缆曼彻斯特编解码方法


[0001]本专利技术属于通信
，具体涉及一种曼彻斯特编解码方法。

技术介绍

[0002]利用同轴电缆进行通信主要应用在石油探测，水下机器人等特殊作业场景中，这些应用环境具有三个共同点：一、对电缆的尺寸有严格的要求，需要电缆较细、适宜于拖曳或布放；二、电缆一端连接或拖曳着一台终端设备，同时为终端提供直流或交流电源，是终端设备的动力缆和承重缆，要求具有一定的抗拉特性；三、对通信速率和通信的实时性有较严格的要求，需要能够把信息实时无损上传。为了应对这种特殊场景，通常会选择单芯同轴电缆，这种同轴缆体积较小，外层包覆着一层抗拉层，具有极大的拉断力。在这种电缆中进行全双工通信，只能采用串行化方式进行信号的传输，其中曼彻斯特码元自身包含时钟信息，抗干扰能力强，易于解码，适合于作为同轴电缆中的传输码。
[0003]现有文献及研究中，类似的通信方法有电力线通信技术，该技术主要用于电力系统中，实现供电和通信的双功能。一般采用一个安规电容和耦合变压器组成耦合网络，将调制后的数字信号耦合到电力线上，或解耦合电力线上的数字信号。到目前为止，电力线通信的速率分为两种：一种是低速通信，用于电力系统关键参数的记录与传输，例如：电压、用电量等，波特率主要为9600bps，在耦合时采用了FSK、PSK等调制技术；还有一种采用OFDM方式的电力线通信技术，这种方式速率较高，可以达到10Mbps的波特率，但其编码解码的实现十分复杂，且初始化过程较慢，数据延时较长。
[0004]现有技术存在如下缺点：<br/>[0005](1)没有适用于单芯同轴电缆的基带通信系统相关技术实现，电力线通信系统采用数字调制解调的方式进行通信，例如：FSK、PSK或OFDM等，硬件及软件实现较复杂；
[0006](2)现有的曼彻斯特码元解码方法为了实现起始码元的判别，需要在曼彻斯特码元之前添加特殊码元，会影响曼彻斯特码元自带时钟的连续性，不利于曼彻斯特码元的基带通信；
[0007](3)电力线通信方法中，FSK调制速度较低，OFMD系统初始化时间较长；

技术实现思路

[0008]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种同轴电缆曼彻斯特编解码方法，首先在通信系统编码端插入前导序列和同步头，与信息码元一起形成一帧串行数据序列，再经过移位寄存器实现并串转换，并采用异或方式进行曼彻斯特编码；在解码端先实现时钟同步；再对数据进行曼彻斯特译码，将曼彻斯特码元转换为二进制NRZ码，使用串行方式提取同步头帧头，最后以同步头帧头为起始点，利用同步时钟进行串并转换，实现曼彻斯特码元的解码及并行化。本专利技术以基带通信方式在单芯同轴电缆上进行信号的耦合与编解码，可以在单芯同轴电缆上为终端供电的同时，实现主机和终端的高速双向实时通信，具有体积小、可实现性强、实时性高、建立连接速度快等优点，并能够实现远距离高速串行通信。
[0009]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
[0010]步骤1：在通信系统编码端插入前导序列和同步头；
[0011]步骤2：把前导序列、同步头和信息码元统一打包，形成一帧串行数据序列，并放入小容量FIFO缓冲区中，再使用移位寄存器实现并串转换，最后采用异或方式进行曼彻斯特编码；
[0012]步骤3：将编码后的数据通过耦合网络耦合到同轴电缆；
[0013]步骤4：数据经同轴电缆传输后由解码端耦合网络耦合到通信系统解码端；
[0014]步骤5：在解码端利用前导序列和曼彻斯特码元序列进行串行时钟的提取，实现时钟同步；
[0015]步骤6：对数据进行曼彻斯特译码，将曼彻斯特码元转换为二进制NRZ码，使用串行方式提取同步头帧头；
[0016]步骤7：以同步头帧头为起始点，利用同步时钟进行串并转换，实现曼彻斯特码元的解码及并行化。
[0017]进一步地，所述前导序列为0x00或0xFF，长度不固定，在进行曼彻斯特编码后为一个与编码时钟同频的单频序列。
[0018]进一步地，所述前导序列为“0”和“F”交替出现，长度不固定，为解码端的时钟同步提供参考信号。
[0019]进一步地，所述编码端和解码端采用时分复用的方式进行切换。
[0020]进一步地，所述耦合网络为安规电容加变压器或电感加变压器，耦合网络利用曼彻斯特码元辐射的电磁波实现耦合功能。
[0021]进一步地，所述前导序列、同步头、信息码元紧密排列，相互之间无时间间隔。
[0022]进一步地，所述同步头为巴克码。
[0023]本专利技术提出的一种同轴电缆曼彻斯特编解码方法，具有以下有益效果：
[0024]1、本专利技术主要应用于单主机和单终端之间，能实现主机与终端同时实现供电和通信，可为终端供电的同时实现全双工通信，并可进行简化仅进行半双工通信；经进一步的分时控制，可实现多主机或多终端间的组网供电与通信，为特殊应用场景下的组网通信提供了一种可借鉴的方式；并能实现同轴电缆上的高速双向基带通信；
[0025]2、本专利技术对硬件系统的运算能力要求较低，适宜于在小型化低功耗系统中使用，其核心处理过程可在一个微型FPGA内部实现，降低了系统的复杂度，提高了系统的稳健性和可靠性，能实现高实时性无延时通信；
[0026]3、本专利技术实现方式简单易行，且通信速率高、数据延时可控，最大延时为一个数据帧的采集时间。
附图说明
[0027]图1为本专利技术系统框图。
[0028]图2为本专利技术曼彻斯特编解码过程示意图。
[0029]图3为本专利技术一帧串行数据序列示意图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0031]如图1所示，一种同轴电缆曼彻斯特编解码方法，包括如下步骤：
[0032]步骤1：在通信系统编码端插入前导序列和同步头；
[0033]步骤2：把前导序列、同步头和信息码元统一打包，形成一帧串行数据序列，并放入小容量FIFO缓冲区中，再使用移位寄存器实现并串转换，最后采用异或方式进行曼彻斯特编码；
[0034]步骤3：将编码后的数据通过耦合网络耦合到同轴电缆；
[0035]步骤4：数据经同轴电缆传输后由解码端耦合网络耦合到通信系统解码端；
[0036]步骤5：在解码端利用前导序列和曼彻斯特码元序列进行串行时钟的提取，实现时钟同步；
[0037]步骤6：对数据进行曼彻斯特译码，将曼彻斯特码元转换为二进制NRZ码，使用串行方式提取同步头帧头；
[0038]步骤7：以同步头帧头为起始点，利用同步时钟进行串并转换，实现曼彻斯特码元的解码及并行化。
[0039]进一步地，所述前导序列为0x00或0xFF，长度不固定，在进行曼彻斯特编码后为一个与编码时钟同频的单频序列。
[0040]进一步地，所述前导序列为“0”和“F”交替出现，长度不固定，为解码端的时钟同步提供参考信号。
[0041]进一步地，所述编码端和解码端采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同轴电缆曼彻斯特编解码方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在通信系统编码端插入前导序列和同步头；步骤2：把前导序列、同步头和信息码元统一打包，形成一帧串行数据序列，并放入小容量FIFO缓冲区中，再使用移位寄存器实现并串转换，最后采用异或方式进行曼彻斯特编码；步骤3：将编码后的数据通过耦合网络耦合到同轴电缆；步骤4：数据经同轴电缆传输后由解码端耦合网络耦合到通信系统解码端；步骤5：在解码端利用前导序列和曼彻斯特码元序列进行串行时钟的提取，实现时钟同步；步骤6：对数据进行曼彻斯特译码，将曼彻斯特码元转换为二进制NRZ码，使用串行方式提取同步头帧头；步骤7：以同步头帧头为起始点，利用同步时钟进行串并转换，实现曼彻斯特码元的解码及并行化。2.根据权利要求1所述的一种同轴电缆曼彻斯特编解码方法，其特征在于，所述前导序列为0x...

【专利技术属性】
技术研发人员：王奇，王英民，牛奕龙，诸国磊，郑琨，陶林伟，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：